Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Les alcools à chaîne courte et longue sont des substances ubiquitaires qui possèdent des propriétés anesthésiques générales selon leur degré d’hydrophobicité. Certains de ces alcools, comme l’éthanol et l’isopropanol, sont responsables de nombreux cas d’intoxication aiguë à chaque année. Malgré le fait que les effets de l’éthanol sur le système immunitaire ont été largement étudiés, très peu de données sont disponibles sur les autres membres de la famille des alcools. En se basant sur la structure de ces molécules, nous avons soumis l’hypothèse que les alcools à chaîne courte et longue partageraient les propriétés immunosuppressives de l’éthanol et que cet effet refléterait leur capacité anesthésique. Les résultats obtenus démontrent que l’isopropanol diminue la sécrétion de cytokines ainsi que les fonctions effectrices de plusieurs cellules de l’immunité innée et acquise. Cet effet est assez puissant pour protéger un animal du syndrome du choc toxique. L’isopropanol agirait sur les facteurs de transcription NFATcl et/ou AP-1 selon le type d’activation et le type de cellule utilisés. À l’opposé, il a été démontré que le méthanol augmente les fonctions effectrices des lymphocytes T. Cet alcool agirait de façon spécifique sur le facteur de transcription NFATc2 pour produire son effet. De plus, l’étude de l’impact de la série homologue des n-alcanols Cr Cn sur la sécrétion d’IFN-y chez des lymphocytes T activés a démontré que tous ces alcools, excepté le méthanol, sont des immunosuppresseurs. Il existe une corrélation évidente entre l’activité immunomodulatrice et l’hydrophobicité des composés. Il a été démontré que les n-alcanols agissent aussi en aval de la membrane cellulaire, car les événements initiaux de la signalisation intracellulaire via les récepteurs de l’immunité ont été préservés. Le profil de l’activité immunomodulatrice de la série des n-alcanols suggère l’existence d’une poche d’interaction de dimensions définies possédant la capacité d’accueillir deux molécules de 1-pentanol ou une de 1-décanol. Le travail de cette thèse fait progresser nos connaissances sur les effets biologiques des différents membres de la famille des alcools et fournit un portrait mécanistique sur les événements moléculaires qui sont à la base de l’impact de ces effets sur les cellules du système immunitaire.

Les alcanols aliphatiques sont des substances ubiquitaires utilisées dans une multitude d’applications domestiques et industrielles. Bien que les effets de l’éthanol sur différentes composantes du système immunitaire soient bien connus, il n’existait presqu’aucune donnée concernant les autres alcanols avant le présent travail. Le premier objectif du projet a été d’étudier les impacts immunologiques d’une exposition aigue aux deux autres alcanols les plus utilisés : l’isopropanol et le méthanol. Nous avons trouvé que l’isopropanol compromet les fonctions effectrices des lymphocytes T, des cellules NK, des monocytes et des macrophages. Par contre, le méthanol agit en synergie avec les stimuli activateurs des lymphocytes T et accroît leur production de cytokines pro-inflammatoires. Les effets biologiques sur ces cellules n’impliquent pas les événements de signalisation précoce en aval des récepteurs activateurs, ils résultent d’une dérégulation sélective de l’activation de facteurs de transcription NFAT avec ou sans la participation d’AP-1. Dans les monocytes activés au LPS, l’isopropanol ne modifie pas les sentiers de signalisation de NF-κB et des MAPK p38 et JNK, mais compromet l’activation de ERK2. Il en résulte une activation défective des sous-unités d’AP-1 c-Fos et JunB. La deuxième partie du projet a été de vérifier si les n-alcanols (de C1 à C12) avaient des effets immunologiques qui suivent la règle de Meyer-Overton. Cette règle établie une corrélation entre le potentiel anesthésique d’une molécule et son hydrophobicité. Nous avons trouvé que les n-alcanols de C2 à C10 inhibent la sécrétion d’IFN-γ par les lymphocytes T activés d’une manière reliée à leur degré d’hydrophobicité, mais cette corrélation s’interrompt à C11. Les n-alcanols exercent leur effet en aval de la membrane plasmique en altérant progressivement et en fonction de leur taille l’activation du facteur de transcription NFAT; cette tendance s’interrompt aussi à C11. L’activation de la voie NF-κB est altérée par les n-alcanols, mais leur effet s’arrête avant, aux environs de C8. Ces derniers résultats suggèrent l’existence de pochettes d’intéraction de dimensions définies sur des cibles protéiques qui compromettent l’activation de NFAT et NF-κB et altèrent la fonction effectrice des lymphocytes T. L’ensemble de ces travaux contribue à une meilleure compréhension de l’activité biologique des alcanols. / Aliphatic alkanols are ubiquitous substances used in a variety of household and industrial applications. Although the effects of ethanol on the immune system have been extensively studied, far fewer data is available for the other alkanols. The first objective of the project was to study the immunological impact of acute exposure to the two other most frequently used alkanols, namely isopropanol and methanol. We found that isopropanol is detrimental to the effector functions of T lymphocytes, NK cells, monocytes, and macrophages; they produce less pro-inflammatory cytokines in presence of this alcohol and, in the case of macrophages, phagocytosis is also reduced. Methanol synergizes with activating stimuli to increase their cytokine production. These changes do not involve early signaling events downstream of the cell membrane; they result from the selective dysregulation of the activation of discrete members of the NFAT family of transcription factors with or without the involvement of AP-1. In LPS-activated monocytes, isopropanol does not alter NF-κB and p38/JNK MAPK signaling cascades, but impairs ERK2 activation. The result is a deficient activation of AP-1 subunits c-Fos and JunB. Aliphatic n-alkanols also display anesthetic properties in accordance to their degree of hydrophobicity, following the Meyer-Overton rule. The second part of the project was to determine whether these structurally similar molecules (from C1 to C12) had immunological effects following the same rule. We found that n-alkanols from C2 to C10 inhibit IFN-γ release by activated T lymphocytes in correlation with their hydrophobicity but a cutoff effect was evident at C11. n-Alkanols act downstream of the cell membrane by progressively down-regulating the activation of NFAT in accordance to the size of their aliphatic chain with a clear downward trend that is interrupted at C11. NF-κB signaling is also compromised but the cutoff appears earlier, in the vicinity of C8. Our results suggest the existence of interaction pockets of defined dimensions within intracellular targets that compromise the activation of the NFAT and NF-κB transcription factors and ultimately modulate the effector function of T lymphocytes. Altogether, this work contributes to a better understanding of the biological activity of alkanols.

Les lésions du Système Nerveux Central, qu'elles soient accidentelles ou liées à une maladie, sont à l'origine de dégâts irréversibles. En effet, suite à la section des axones, il s'en suit un processus de cicatrisation. Cette « cicatrice gliale » constitue une barrière physique et chimique sollicitant de nombreux acteurs cellulaires et moléculaires. Les principales cellules la constituant sont les astrocytes, les oligodendrocytes, les microgliocytes et les fibroblastes. Ces cellules surexpriment les protéines de myéline et la sémaphorine 3A (Sema3A), des agents très inhibiteurs de la régénération nerveuse et de la croissance axonale. Par ailleurs, l'hyperactivité des microgliocytes est à l'origine de l'augmentation considérable de la quantité de radicaux libres oxygénés néfastes pour les neurones.<br />Une approche thérapeutique novatrice serait l'utilisation de composés hybrides portant deux activités distinctes. Une activité neurotrophique permettant la neuro-régénération et une activité antioxydante assurant la neuro-protection en piégeant les radicaux libres.<br />Dans cet objectif, cinq séries de molécules hybrides combinant une chaîne grasse Ω-hydroxylée et des noyaux quinol ont été synthétisés. Les alcools gras quinoliques (QFA) C-alkylés, comportant des noyaux quinol polyméthoxylés, ont été obtenu par couplage de Sonogashira entre des arylbromures et des alcynes vrais. Les homologues N- ou O-alkylés ont été obtenus par des réactions de type SN2.<br />Les molécules synthétisés possèdent de très bonnes activités antioxydantes sous leurs formes déméthylés dépassant d'un facteur 100 l'activité antioxydante du Trolox®. Par ailleurs, le QFA15 portant une chaîne latérale à 15 atomes de carbones, est capable de promouvoir une croissance axonale très importante, aussi bien sur substrat permissif que sur substrat inhibiteur tel les protéines de myéline ou la Sema3A. Des études préliminaires du mécanisme d'action ont permis de conclure que le QFA15 sollicite les nucléotides cycliques.

L’étude des propriétés physico-chimiques des matières grasses constitue une demande mondiale croissante liée à l’augmentation constante de leur utilisation comme source d'énergie et pour l'alimentation. Une bonne connaissance de leurs propriétés thermophysiques et de leur comportement de phases est nécessaire pour la production, l'utilisation efficace de ces matières grasses et le développement des processus d'extraction au niveau du raffinage et du stockage. Des données d'équilibre solide-liquide peuvent être utilisées pour améliorer les procédés existants, et également pour le développement des nouveaux procédés de séparation. Ainsi, le point d'éclair est une propriété importante qui doit être observée pendant le stockage, le transport et la production de composés inflammables, tels que le biodiesel. Ce travail vise à étudier l'équilibre solide-liquide de mélanges binaires constitués d'alcools gras, d’acides gras et d’esters éthyliques. Il porte aussi sur l'évaluation du point d’éclair de mélanges d'esters éthyliques, constituants majoritaires du biodiesel, et de l'éthanol, présent à des niveaux résiduels dans le biodiesel. Les points d’éclair des esters éthyliques mais également des mélanges binaires d'esters éthyliques et d’éthanol, ont été déterminés expérimentalement. Un modèle empirique de prédiction des points d’éclair des biodiesels en fonction de leur composition et de leur teneur en éthanol a été proposé. Les diagrammes de phases solide-liquide des mélanges binaires d'alcool gras + alcool gras ou d’alcools gras + acide gras ont été déterminés expérimentalement par analyse calorimétrique différentielle (DSC). Cette étude permet de caractériser les réactions eutectique, péritectique et métatectique, en utilisant une vitesse de chauffe linéaire ou une méthode de Stepscan DSC. Des mesures de diffraction rayons X et de microscopie optique de contrôle de la température ont été appliquées pour compléter la compréhension des diagrammes de phases. L'effet de la pression sur l'équilibre solide-liquide a aussi été mesuré pour les mélanges binaires d’esters éthyliques ou d'alcools gras en utilisant un microscope optique couplé à une cellule à haute pression qui permet d’augmenter la pression jusqu'à 80 MPa sur une large gamme de température. Les modèles thermodynamiques Margules 2 et 3-suffix et NRTL ont été utilisés pour décrire la ligne du liquidus des systèmes présentant un point péritectique, alors qu’un modèle thermodynamique prédictif a permis de modéliser l'ESL en fonction de la pression. Dans les deux cas, on a observé un ajustement satisfaisant par rapport aux données expérimentales. / The study on the physicochemical properties of fatty materials has acquired a growing importance, mainly due to the incentive of their use in energy and nutrition. The efficient production and use of fatty compounds requires a good knowledge of their properties and phase behavior that are necessary for development of processes, especially in production steps such as extraction and refining, but also during storage of the final products. Solid-liquid equilibrium data can be used to improve or propose new separation processes. Also the flash point is an important property that must be considered during storage, transportation and production of flammable compounds, such as biodiesel. This work aimed to study the solid-liquid equilibrium of binary mixtures consisting of fatty alcohols, fatty esters or fatty acids, and to evaluate the flash point of mixtures of ethyl esters, the major constituents of biodiesels, and ethanol, also present in biodiesel in residual levels. Flash points of ethyl esters, and also of the binary mixtures of ethyl esters with ethanol were determined experimentally. An empirical model for predicting the flash point of biodiesels as a function of composition and ethanol content was proposed. The solid-liquid phase diagrams of binary mixtures of fatty alcohol + fatty alcohol or fatty alcohols + fatty acid were determined experimentally by differential scanning calorimetry (DSC), using a linear heating rate, or by a stepscan DSC method, with the aim of investigating the occurrence of the eutectic, peritectic and metatectic reactions. X-ray diffraction and optical microscopy with temperature control techniques were applied to complement the understanding of the phase diagrams. The effect of pressure on the solid-liquid equilibrium was investigated for the binary mixtures of ethyl esters or fatty alcohols using an optical microscope coupled to a high pressure cell which allows the pressure increase up to 80 MPa. Margules 2 and 3-suffix and NRTL thermodynamic models were used for describing the liquidus line of the systems that presented peritectic point, and a predictive thermodynamic model was used to model the ESL function of pressure, which in both cases, gave a satisfactory fit compared to the experimental data.

Chez les plantes, la subérine est un biopolymère constitué de composés aliphatiques etaromatiques déposés au niveau de la paroi des cellules de plusieurs tissus comme l’endodermeet le périderme des racines ou encore le manteau des graines. La subérine forme une barrièrehydrophobe permettant entre autres de contrôler les flux d’eau et de solutés, et de protéger laplante de stress environnementaux comme la sécheresse ou les pathogènes. Grâce à desanalyses en LC-MS/MS et en GC-MS, nous avons pu montrer que la majorité des alcools grasprésents dans la fraction soluble de racines d’Arabidopsis thaliana est sous forme d’alkylcaféates et d’alkyl coumarates. De plus, nous avons montré que ces cires associées aupolymère de subérine sont présentes dès les premiers stades du développement de la racine.Une étude de la distribution des chaînes acyles des racines nous a permis de mettre enévidence la contribution majeure des alcools gras dans la composition de la subérine ainsi quel’importance de la subérine dans le métabolisme lipidique des racines. Afin d’identifier desacteurs impliqués dans l’export des précurseurs de la subérine vers l’espace extracellulaire,nous avons mené une approche de génétique inverse en utilisant des lignées mutées pour desgènes codant notamment pour des ABCG transporteurs co-exprimés avec des gènes connuspour participer à la biosynthèse de la subérine. Les résultats de ces analyses ont confirmé quele processus d’export fait intervenir plusieurs protéines pouvant avoir des fonctionsredondantes et ont suggéré l’implication d’un nouveau transporteur dans l’export desprécurseurs de subérine. / In plants, suberin is a complex biopolymer made of aliphatic and aromatic compounds.It is deposited in the cell wall of tissues such as the endoderm and the periderm of roots or thecoat of the seeds. Suberin forms a hydrophobic barrier controlling the flow of water andsolutes, and protecting the plant from environmental stresses such as drought or pathogens.Through LC-MS/MS and GC-MS analyses, we have shown that the majority of the fattyalcohols present in the soluble fraction of Arabidopsis roots is in the form of alkyl caffeatesand alkyl coumarates. Such waxes, most probably associated with the suberin polymer, arealready detected at early stages of root development. A study of the distribution of all acylchains present in roots allowed us to highlight the major contribution of fatty alcohols in thecomposition of suberin and the importance of suberin in the global lipid metabolism of theroots. To identify proteins involved in the export of suberin precursors to the extracellularspace, we conducted a reverse genetic approach using lines mutated in genes coding forseveral ABCG transporters which were co-expressed with genes known to participate in thebiosynthesis of suberin. The results of these analyses confirmed that the export processinvolves several proteins that can have redundant functions, and supported the involvement ofa new transporter in the export of the suberin precursors.