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Les objectifs de ce travail étaient d’approfondir les connaissances sur les capacités d’adaptation des diatomées à différentes concentrations de CO2 et plus précisément sur l’implication des CCM dans l’assimilation du carbone minéral dissous. Des études sur la physiologie, les enzymes de différentes voies métaboliques et des analyses de transcriptomique et de protéomique ont été réalisées. Nous avons observé que les espèces de diatomées étudiées étaient capables de réguler leurs systèmes de concentration du carbone minéral suivant les conditions environnementales. Certaines semblent utiliser préférentiellement le CO2 ou le bicarbonate tandis que d’autres espèces utilisent les deux. L’activité des anhydrases carbonique est fortement induite en faible concentration de CO2. Nos travaux montrent cependant, que l’activité de cette enzyme est variable d’une espèce à l’autre. Nous avons aussi observé que dans la majorité des diatomées que nous avons étudiées, la photosynthèse de type C3 et non de type C4 est présente, apportant ainsi un éclairage à une véritable controverse sur le métabolisme du carbone chez les diatomées. Nos travaux soulignent de plus, une grande diversité de stratégies de CCM chez les diatomées. Chez T. pseudonana, une nouvelle protéine, LCIP63, a été observée en conditions de faible concentration de CO2. Son rôle physiologique est actuellement inconnu ouvrant de nouvelles perspectives de recherche. / The objectives of this work were to improve the knowledge on ability of diatoms to scope with different CO2 concentrations and to study their carbon concentrating mechanisms (CCM). Studies of their physiology, their metabolic enzymes, and analyses at transcriptomic and proteomic levels were performed. In all studied diatoms, the CCMs can be regulated according to CO2 availability in the environment. Some diatoms seem to use preferentially CO2, others, bicarbonate and some can use both. The carbonic anhydrase (CA) activity is strongly induced when cells were grown at low vs high CO2. However, our work shows that CA activity is highly variable among the different diatoms. Most of the studied diatoms perform a C3 photosynthesis and not C4 photosynthesis. In diatoms, there is a huge diversity in the CCM strategy. A new protein, LCIP63, was observed when T. pseudonana was grown under low CO2. The physiological role of this protein is yet unknown and this finding opens new research perspectives.

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Malgré les programmes de dépistage mis en place et le vaste arsenal thérapeutique disponible, 8,2 millions de décès dans le monde ont été attribués au cancer pour l'année 2012 (données Globocan 2012, OMS). L'immunothérapie antitumorale est en plein essor et consiste notamment à exploiter le système immunitaire de l'hôte pour obtenir une réponse contre la tumeur. L'utilisation de vecteurs bactériens, capables de délivrer un message antigénique et de stimuler de manière concomittante l'immunité innée, fait partie des approches de vaccination antitumorale prometteuses. Parmi ces vecteurs, une bactérie Pseudomonas aeruginosa mise au point par notre laboratoire présente l'intérêt de pouvoir injecter in vivo des antigènes de tumeur, via son système de sécrétion de type III (SST3), directement dans le compartiment intracellulaire des cellules présentatrices d'antigènes. La voie de présentation du CMH I est ainsi favorisée et permet la génération d'une réponse des lymphocytes T cytotoxiques vis-à-vis de la tumeur exprimant l'antigène. Cependant, la poursuite des études précliniques et cliniques paraît délicate, en raison du risque infectieux lié à une bactérie pathogène, quand bien même atténuée. Lors de ce travail, nous avons donc développé une nouvelle souche de P. aeruginosa Killed But Metabolically Active (KBMA), incapable de se répliquer, mais toujours apte à jouer son rôle de vecteur. Une analyse de la réponse immune antitumorale, suite à l'immunisation par différents vecteurs, a permis de mettre en évidence une forte infiltration de la tumeur par des lymphocytes T CD8+ spécifiques de l'antigène, mais également une protection à long terme liée à la présence d'un pool majoritaire de lymphocytes T CD8+ spécifiques effecteurs mémoires. Enfin nous avons cherché à appliquer cette technologie à l'antigène de tumeur anhydrase carbonique 9 (AC9), exprimé par de nombreuses tumeurs solides chez l'homme. / Despite cancer screening programs and the available therapeutic armamentarium, 8.2 million deaths worldwide were due to cancer in 2012 (data Globocan 2012, WHO). The antitumor immunotherapy is booming and aims at using the immune system of the host as a response against the tumor. The use of bacterial vectors, able to deliver an antigenic message and concomitantly stimulate innate immunity, is one of the most promising approaches to antitumor vaccination. Among these vectors, the bacterium Pseudomonas aeruginosa developed by our laboratory has the advantage of being able to inject in vivo tumor antigens via its type III secretion system (T3SS) directly in the intracellular compartment of antigen-presenting cells. The MHC I presentation pathway is thus favored and allows the generation of a cytotoxic T lymphocytes response against antigen-expressing tumors. However, further preclinical and clinical studies remain difficult, because of the risk of infection related to a bacterial pathogen, even if attenuated. In this work, we have developed a new strain of P. aeruginosa Killed But Metabolically Active (KBMA) unable to replicate, but still able to play its role as a vector. An analysis of the antitumor immune response following immunization with different vectors, allowed to demonstrate a strong tumor infiltration by antigen-specific CD8+ T lymphocytes, but also a long-term protection related to the presence of a major pool of antigen-specific effector memory CD8+ T cells. Finally we are seeking to apply this technology to the tumor antigen carbonic anhydrase 9 (CA9), expressed by many solid tumors in humans.

Des complexes bio-inspirés de zinc(II) ont été ancrés à la surface des nanopores d’une silice mésoporeuse de type MCM-41 adopté la technique du pochoir moléculaire à motifs périodiques pour assurer l’isolation des sites en utilisant des ions TMA+ comme espaceur pour contrôler le greffage des fonctions triméthylsilyle. L’objectif étant de mimer le doigt de zinc de l’anhydrase carbonique, une enzyme qui catalyse la réaction réversible d’hydratation du dioxyde de carbone en bicarbonate. Des complexes aminés de métaux de transition ont été aussi ancrés par analogie au site métallique de l’anhydrase carbonique avec un contrôle du voisinage moléculaire comparable à celui des matériaux contenant les complexes à base de zinc. L’interaction du CO2 adsorbé avec les sites actifs de ces matériaux a été aussi étudiée. Les matériaux intermédiaires sont caractérisés à chaque étape par un panel de techniques, dont DRX, analyses élémentaires, adsorption-désorption d’N2, FT-IR, 29Si RMN, XPS et RPE qui confirment l’intégrité de la structure poreuse et la formation des complexes. / Bio-inspired diethylenetriamine zinc(II) complexes were anchored into the nanopores of hexagonal mesoporous MCM41-like silicas. A step-by-step approach called “Molecular Stencil Patterning” was adopted to perform an in situ synthesis in order to mimic the zinc finger of the carbonic anhydrase. In the presence of a surface-masking pattern of TMA+ ions, some silanol groups were capped using grafted trimethylsilyl functions. Transition metal complexes have also been anchored in analogy to the metallic site of carbonic anhydrase with a molecular vicinity control comparable to that of materials containing zinc complexes. The interaction of adsorbed CO2 with the active sites of these materials has also been studied. The materials were characterized with a panel of techniques including XRD, elemental analysis, N2-adsorption-desorption, FT-IR, 29Si NMR, XPS and EPR that confirm the integrity of the porous structure and the complexes formation.

Agelanthus dodoneifolius est une plante de la pharmacopée africaine utilisée en médecine traditionnelle pour le traitement de pathologies cardiovasculaires. Un fractionnement bioguidé a permis d'isoler une nouvelle dihydropyranone : baptisée Dodonéine (Ddn), elle possède des propriétés hypotensives et vasorelaxantes chez le rat.L'objectif de la thèse est de caractériser la ou les cible(s) moléculaire(s) de la Ddn dans le système cardiovasculaire et d'identifier un dérivé plus sélectif.Nos résultats montrent que la Ddn bloque le courant calcique de type L des cardiomyocytes ventriculaires de rat et des cellules musculaires lisses vasculaires, d'environ 30% avec une IC50 de l'ordre du µM. La Ddn apparaît comme un nouveau bloqueur des canaux calciques de type L avec des propriétés électrophysiologiques qui lui sont propres. Une étude biochimique a montré que l'anhydrase carbonique (CA) est également inhibée par la Ddn, et nous avons caractérisé l'expression de plusieurs isoformes au sein de muscle lisse vasculaire : CA II, III, XIII et XIV. Nos travaux précisent que leur inhibition augmente le pH intracellulaire, pouvant conduire à l'activation des canaux KCa. Ainsi, la Ddn induit un effet vasorelaxant en inhibant deux protéines: les canaux calciques et l'anhydrase carbonique. Nous avons ensuite démontré que les dérivés de la Ddn nouvellement synthétisés sont aussi vasorelaxants ; toutefois, le plus efficace, la Ddn-Bicyclique-OH, ne concurrence pas les bloqueurs calciques utilisés en clinique. Cependant, l'effet vasorelaxant de la Ddn et Ddn-Bc-OH caractérisé sur des artères systémiques humaines est en accord avec l'utilisation de la plante en médecine traditionnelle. / Agelanthus dodoneifolius is one of the medicinal plants used in African pharmacopeia and traditional medicine for the treatment of cardiovascular diseases. Bioguided fractionation has allowed isolating one of its main active principles named Dodoneine (Ddn). It is a new dihydropyranone which exerts hypotensive and vasorelaxant effects on rat.The aim of this work is to characterize the molecular(s) target(s) of Ddn on cardiovascular system and identify the most selective and effective Ddn's derivative.Electrophysiological studies revealed that Ddn blocks L-type calcium current density of about 30% with an IC50 value of about 2 µM on cardiac myocytes and on vascular smooth muscle cells. Ddn appears as a new natural calcium channel blocker which has its own electrophysiological properties. As it has been shown, by biochemical study, that carbonic anhydrase is a potential target for Ddn, we have demonstrated that isozymes II, III, XIII are present on vascular smooth muscle cells and inhibited by Ddn. This inhibition resulted in a rise in pHi of about 0.31, leading to KCa channel activation. Interestingly, Ddn induced vasorelaxation by targeting two proteins: calcium channel and carbonic anhydrase. Then, we demonstrated that Ddn's derivatives newly synthetized have also vasorelaxant properties via the inhibition of L-type calcium current. Among them, Ddn-Bicyclique-OH is the most effective but appears not to be a better pharmacological tool compared to the calcium channel blockers already use in clinical. However, in accordance to the use of the plant in traditional medicine, our results clearly show that Ddn and Ddn-Bc-OH induce a vasorelaxant effect on human systemic artery.

Un grand nombre de 3,4-bisindolylmaléimides possède une activité inhibitrice des protéine-kinases. Les 3-isothiazolone-1,(1)-(di)oxydes pouvant être considérées comme des analogues de la maléimide, la fonctionalisation des 5-chloro- et 4,5-dichloro-3-isothiazolone 1,(1)-(di)oxydes par des réactions de couplage palladocatalysé de Suzuki-Miyaura, permet d'accéder aux analogues “thia” des 3,4-bisindolylmaléimides. La synthèse de sulfonamides primaires tels que les dérivés 4-(hétéro)aryl substitués du benzènesulfonamide comme inhibiteurs potentiels de l'anhydrase carbonique, a également été envisagée dans ce travail.Une collection de matériaux hybrides constitués de nanoparticules de palladium adsorbées sur des nanostructures de carbone a été préparée et testée dans des réactions de couplages palladocatalysés, comme catalyseurs en milieu hétérogène. Le plus efficace d'entre eux, associant des nanoparticules de palladium stabilisées par le dodécanethiol et adsorbées sur des nanotubes de carbones “multi-walled”, a été employé afin de préparer vingt-quatre nouveaux dérivés 4-(hétéro)aryl substitués du benzènesulfonamide. L'échec de l'utilisation de ce catalyseur dans les reactions de fonctionalisation des isothiazolone-1,(1)-(di)oxydes nous a contraints à employer un catalyseur plus conventionnel, le PdCl2(dppf)•CH2Cl2.Le dernier volet de ce projet visait à concevoir des catalyseurs à base de nanoparticules de palladium encapsulées dans des nanofibres de carbone “grafitisées” (nanoréacteurs). Une série de nanoréacteurs a pu être préparée et nous avons étudié l'effet du confinement généré à l'intérieur de la nanofibre, sur la réaction palladocatalysée de Suzuki-Miyaura. / 3,4-bisindolylmaleimides possess an inhibitory activity against protein kinase. Because 3-isothiazolone-1,(1)-(di)oxide can be considered as maleimide analog, 5-chloro and 4,5-dichloro-3-isothiazolone-1,(1)-(di)oxide were functionalised using a palladium-catalysed Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction achieving the “thia” analogs of 3,4-bisindolylmaleimides. We were also interested in the preparation primary sulfonamides such as 4-(hetero)aryl substituted benzenesulfonamides as carbonic anhydrases inhibitors.A series of hybrid materials comprising palladium nanoparticles adsorbed on carbon nanostructures has been prepared and tested as heterogeneous catalysts of palladium-mediated cross-coupling reactions. The best catalyst, resulting in palladium nanoparticles stabilised by dodecanethiol adsorbed on multi-walled carbon nanotubes, was employed in Suzuki-Miyaura reactions for the preparation of twenty-four new 4-(hetero)aryl substituted benzenesulfonamides. As this catalyst failed in the functionalisation of isothiazolone-1,(1)-(di)oxides, this latter was realised using a more conventional catalyst, PdCl2(dppf)•CH2Cl2.A last part of the project aimed to the conception of catalysts made of palladium nanoparticles encapsulated in graphitised carbon nanofibres (nanoreactors). We prepared a series of nanoreactors and we studied the effect of the confinement inside the nanofibre channel on the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction.

Since many estuarine zones are impacted by copper contamination, there is an on-going effort to develop Biotic Ligand Models (BLMs) predicting copper toxicity in transitional environments. In the first stage of this project, a critical analysis of the BLM framework identified some aspects of the model that required further investigation. In particular, a BLM for estuaries needed (a) a better characterization of the dissolved organic matter (DOC) and its effect on copper availability, and (b) the inclusion in the model’s equation of a salinity-correction factor modulating the relationship between copper accumulation on the biotic ligand and toxicity. The first issue was addressed by modelling the data produced using a Chelex resin method to determine the labile fraction of copper in samples of mixed riverine and estuarine waters. A refined and simplified BLM equation was then presented, accounting for both the DOC characteristics and the relevance of the osmotic gradient in modulating the relationship between copper accumulation and toxicity. A critical analysis of the literature on copper toxicity and salinity led to the hypothesis that copper-exposed fish are more sensitive to osmotic stresses, as copper interferes with their osmoregulatory pathways. In particular, the cytosolic isoform-2 of the enzyme carbonic anhydrase (CA2) was identified as an osmotic effector protein targeted by copper and involved in osmotic stress response pathways, hence representing a mechanistic link between the combined effects of copper exposure and osmotic stress. To test this hypothesis, two in vivo studies were performed, using the euryhaline fish sheepshead minnow (Cyprinodon variegatus) and applying different rates of salinity changes as a way of dosing osmotic stress. The results showed a disturbance in plasma ion homeostasis after the salinity transitions, but notably the magnitude of the disturbance was greater in the copper-exposed individuals, suggesting a sensitizing effect of copper on the responses of fish to osmotic stress. Gene expression data demonstrated that CA2 is targeted by copper and confirmed the role of the enzyme in osmoregulatory pathways, as further supported by a promoter analysis of the gene coding for zebrafish CA2, which revealed the presence of osmotic-stress related elements. Overall, these results suggest that CA2 is an osmotic effector protein whose response can be activated by a medium level of osmotic stress through a combination of transcriptional and post-translational control circuits.

The major aim of this work has been to gain further insights into the catalytic mechanism of carbonic anhydrase (carbonate hydro-lyase, EC 4.2.1.1). One approach has been to replace the essential Zn(II) ion by Cd(II) which has favourable spectroscopic properties. The Cd(II)-enzymes have appreciable 4-nitrophenyl acetate hydrolase activities. These activities increase with pH as if dependent on the basic form of a group with pKa near 10. The Cd(II)-carbonic anhydrases also have significant carbon dioxide hydration activities. Jhe Cd(II) derivatives are strongly inhibited by monovalent anions. The 113-Cd(II) derivatives have also been studied by 113-Cd NMR as a function of pH and bicarbonate or inhibitor concentration. Plots of chemical shift versus pH give sigmoidal titration curves in the studied pH range, 10.3. The p«a values vary from 9.2 to 9.7 correlating reasonably well with the activity profiles. When bicarbonate is added to the samples the 113-Cd resonances shift upfield to new characteristic positions. The inhibitors CN", SH", and SCN” bind directly to the metal ion with their C, S, and N atoms, respectively. The results are best explained by assuming a rapid exchange between three species in which the open coordination site of the metal ion is occupied by'hydroxide, water, or bicarbonate. Another approach has been to study kinetic properties of the active en­zyme. A number of monovalent anions were investigated as inhibitors of carbon dioxide hydration catalyzed by human carbonic anhydrase II. Predominantly uncompetitive inhibition patterns were observed at pH near 9 in all cases. The inhibition of human carbonic anhydrase II by the organic compounds tetrazole, 1,2,4-triazole, 2-nitrophenol, and chloral hydrate was also investigated. These inhibitors, together with phenol, can be classified in three groups depending upon the kinetic patterns of inhibition of carbon dioixde hydration at pH near 9. The first group, represented by tetrazole and 2-nitrophenol, yields predominantly uncompetitive inhibition under these conditions in analogy with simple, inorganic anions. The second group, represented by 1,2,4-triazole and chloral hydrate gives rise to essentially noncompetitive inhibition patterns whereas phenol, representing the third group, is a competitive inhibitor of carbon dioxide hydration. These results are analyzed in terms of two rivaling mechanism models, a kinetic scheme originally proposed by Steiner et al. (Eur. 3. Biochem. (1975) 59, 253-259) and a rapid-equilibrium kinetic scheme proposed by Pocker and Deits (3. Am. Chem. Soc. (1982) 104, 2424-2434). It is concluded that the observed steady-state inhibition patterns are compatible with both models, but hat discriminatory data, strongly favouring the model of Stêiner et al., are available in the literature. / <p>Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 1984, härtill 4 uppsatser</p> / digitalisering@umu

Le travail présenté dans ce manuscrit décrit quelques-uns des mécanismes qui régissent les échanges de CO2 et d’eau dans le mésophylle. Nous présentons dans une première partie une méthode originale qui utilise une technique de traçage isotopique et une modélisation deséchanges gazeux pour décrire le transfert du CO2 et la concentration de CO2 aux sites catalytiques des anhydrases carboniques. Dans une deuxième partie, cette approche nous permet de caractériser la diffusion de CO2 intra-mésophylienne et d’aborder l’étude du rôle des anhydrases carboniques et des aquaporines dans la facilitation du transport de CO2. Cette étude est basée sur une analyse fonctionnelle de mutants d’insertions d’Arabidopsis affectésdans l’expression des anhydrases carboniques (ACs) ou des aquaporines. La contribution fonctionnelle d’une AC, bCA4 localisée à la membrane plasmique et récemment identifiée estanalysée plus spécifiquement. Dans une troisième partie, nous montrons par un travail de modélisation que l’approche de traçage isotopique précédemment introduite pour étudier le transfert de CO2 peut être utilisée pour étudier la compartimentation de l’eau mésophyllienne et les flux associés. Cette approche nous permet de démontrer l’existence d’une compartimentation fonctionnelle de l’eau foliaire. La signification de cette compartimentation est discutée, et une nouvelle méthode de suivi quantitatif des flux d’eau entre l’apoplasme etle symplasme est proposée. Enfin, dans une dernière partie nous abordons expérimentalement les effets de l’acide abscissique sur la transpiration foliaire et la régulation stomatique. / N this study, mechanisms that govern CO2 and water fluxes in the mesophyll are investigated. In a first part, an original approach based on isotopic tracing and modeling of gas exchange is presented to describe the CO2 transfer towards sites of carbonic anhydrases catalysis that are used to probe the intracellular CO2 concentration. In a second part, this approach allows to characterize the intracellular diffusion of CO2 and to address the implication of carbonicanhydrases and aquaporins in the facilitation of the CO2 transfer. The functional analysis is based on the characterization of Arabidopsis mutants in which the expression of some carbonic anhydrases (CAs) or aquaporins is impaired. The implication of a recently identified CA, bCA4 located at the plasma membrane, is studied in detail. In a third part a modeling approach is used to show that the method of isotopic tracing introduced to probe the CO2 fluxes can also be used to study the compartmentation of the mesophyll water and the associated fluxes. The basis of this functional compartmentation is analyzed and a newmethod is proposed to quantitatively monitor the water fluxes between the apoplasm and the symplasm. In a last part, the effects of abscissic acid on the leaf transpiration and on the stomatal aperture regulation are addressed.