Le métabolisme des monocarbones relie le métabolisme cellulaire à la machinerie épigénétique à travers une molécule commune, la S-adénosylméthionine (SAM). Les changements dans le potentiel de méthylation cellulaire (ratio SAM/SAH) sont impliqués dans plusieurs maladies, notamment l'hépatocarcinome et les défauts de fermeture du tube neural (NTD). La perturbation du ratio SAM/SAH peut être liée à des déficits enzymatiques ou à une exposition à un facteur environnemental. La reméthylation de l'homocystéine (HCY) en méthionine est catalysée par la méthionine synthase (MTR) ou la bétaïne homocystéine méthyltransférase (BHMT) dans le foie. En comparant le tissu tumoral au tissu sain environnant dans le foie, les transcrits de BHMT étaient fortement diminués dans les échantillons mais pas les transcrits de MTR. La protéine BHMT n'a pas été détectée dans les cellules HepG2 et dans 5 des 6 échantillons tumoraux analysés. L'absence d'expression de BHMT était due à un variant génétique conduisant un codon stop prématuré. Une déficience pré-natale en donneurs de méthyle aggrave la susceptibilité face à certaines maladies. La fumonisine B1 (FB1) est une mycotoxine qui contamine les céréales et a été identifiée comme étant un facteur de risque de survenue de tumeur et des NTD. Nous avons étudié les récepteurs des folates et 4 marques de l'hétérochromatine dans le foie des foetus de rat issus de mères exposées à un régime déficient en donneurs de méthyle et/ou à la FB1 à une dose deux fois supérieure à la dose journalière admissible. Le régime carencé et la FB1 diminuent le ratio SAM/SAH. La FB1 inverse le mécanisme d'adaptation consistant en une régulation positive de l'expression des récepteurs des folates lors d'une carence seule. Le régime carencé diminue H4K20me3 mais une combinaison carence/FB1 diminue encore d'avantage H4K20me3 et augmente H3K9me3. Cette augmentation de H3K9me3 peut être vu comme un mécanisme de défense incitant la cellule à résister à la désorganisation de l'hétérochromatine. H3R2me2 et H4K16ac varient également selon ce mécanisme. Cette étude est pertinente car elle suggère que de faibles doses de FB1 interagissent avec la carence en donneurs de méthyle pour perturber le profil épigénétique / Folate-mediated 1-carbon metabolism is a conduit that links cellular metabolism to the epigenetic machinery through the common molecule, AdoMet. There is strong evidence that changes in the cellular methylation potential (AdoMet/AdoHcy ratio) is involved in several types of disease notably tumor proliferation like hepatocarcinoma and developmental disease like neural tube defects. Perturbation of AdoMet/AdoHcy ratio may be related to a cellular cause like enzyme defect or to exposure to an environmental factor. The remethylation of homocysteine to methionine is catalyzed either by methionine synthase (MTR) or by betaine-homocysteine methyltrnasferase (BHMT) in the liver. By comparing tumor tissue to surrounding healthy tissue in the liver we have found that BHMT transcripts, but not MTR, are strongly decreased in tumor samples. Consistently, BHMT protein was not detected in HepG2 cells and in 5/6 tumors investigated. Abolition of BHMT expression was due to a genetic variant producing a premature termination codon. Prenatal methyl deficient diet (MDD) enhances susceptibility to disease. Fumonisin FB1 is a corn contaminating mycotoxin identified as a risk factor for tumor occurrence and neural tube defects. We have investigated folate receptors and 4 heterochromatin markers in rat foetuses liver derived from dams exposed to MDD and/or FB1 administered at a dose twice higher than the Provisional Maximum Tolerable Daily Intake. We found that MDD and even FB1 by itself decrease the AdoMet/AdoHcy ratio. FB1 reverses the adaptation mechanism consisting in upregulating folate receptors in case of folate depletion. MDD decreased H4K20me3 but combined MDD/FB1 decreased H4K20me3 even more and increased H3K9me3. The elevated H3K9me3 can be viewed as a defence mechanism inciting the cell to resist heterochromatin disorganisation. H3R2me2 and H4K16Ac varied according to this mechanism. This study is relevant because it suggests that low doses of FB1 interact with methyl depletion to disrupt the epigenetic landscape

Ce travail porte sur la synthèse et l'étude photophysique des molécules fluorescentes, visant à construire de nouveaux capteurs chimiques pour la détection sélective des ions métalliques importants en biologie ou pour l’environnement. Une série de fluoroionophores contenant le motif triazole et différents fluorophores ont été utilisés pour étudier les fonctions du groupe triazole dans les senseurs chimiques. Nos études photophysiques de ces ligands complexants démontrent que le triazole pourrait contribuer dans le cadre de fluorophores conjugués, comme les sites de complexation de métal ou de linkers. Plusieurs senseurs chimiques sélectifs ont été successivement mis au point pour la détection du Cu2+ ou du Hg2+. En incorporant le fluorophore dansyle sur calix[4]bisazacrown, une nouvelle capteur chimique de potassium a été construit. Un sulfonate fluorescente calix [4] bisazacrown a été conçu et synthétisé pour la détection sélective et ratiométrique de l’aluminium dans une solution tampon de lutidine à pH 6,0 avec une sensibilité satisfaisante. Enfin, nous avon cherché à réaliser une modulation de la complexation de cation par la redistribution de charge photoinduite à l'état excité. Deux motifs de liaison sur la base de fullerène et de pyridinium bétaïne ont été conçus à cet effet. Les résultats préliminaires ont mis en évidence un effet de type PET dans les composés à base de fullerène et les composés à base de pyridinium betaine sont trés prometteur dans la translocation de cation. / This work deals with the synthesis and photophysical study of fluorescent molecules, aiming to construct new chemical sensors for the selective detection of environmentally or biologically important metal ions. A series of fluoroionophores consisting of triazole moiety and different fluorophores was utilized to investigate the functions of triazole group in chemosensors. Our comprehensively photophysical and complexing studies of these ligands demonstrated that triazole groups could contribute as part of conjugated fluorophores, as metal binding sites or linkers. Several selective chemosensors were successively developed for the detection of Cu2+ or Hg2+. By incorporating dansyl fluorophore into calix[4]bisazacrown, a new potassium chemosensor was constructed. A sulfonate fluorescent calix[4]bisazacrown was created for the selective and ratiometric detection of Al3+ in lutidine buffer solution at pH 6.0 with a satisfying sensitivity. Finally, we aim to realize modulation of cation binding through the photoinduced charge redistribution in the excited state. Two binding motifs based on fullerene and betaine pyridinium were designed for this purpose. Preliminary results demonstrated that PET in fullerene might be not suitable but pydinium betaine hold great potential in the cation translocations.

Ces travaux abordent, d'une part l'étude de la coordination du cuivre(II) et nickel(II) avec un ligand heptadenté tripode, et d'autre part la synthèse et la caractérisation de liquides ioniques dérivés de la bétaïne.Tout d'abord, le ligand heptadenté, le tris[(L)-alanyl-2-carboxamidoéthyl]amine (H3trenala), a été synthétisé sous forme de sel de chlorure ; ses constantes de protonation ainsi que les constantes de stabilité des complexes de Cu(II) et de Ni(II) ont été déterminées par potentiométrie. Des espèces complexes mononucléaires dans lesquels le ligand est protonné ([Cu(H5trenala)]4+, [M(H4trenala)]3+), neutre ([M(H3trenala)]2+) ou déprotonné ([M(H2trenala)]+, [M(Htrenala)]) (M = Cu2+ ou Ni2+) ont été mises en évidence. Seul le Cu(II) donne des espèces dinucléaires dans lesquels le ligand est uniquement déprotonné ([Cu2(H2trenala)]2+, [Cu2(Htrenala)]2+, [Cu2(trenala)]+, [Cu2(trenala)(OH)]). A l'état solide, deux complexes dinucléaires de cuivre(II) ont pu être isolés et caractérisés (IR, UV-Vis, masse électrospray, ATG). L'étude des propriétés catalytiques de ces deux complexes montre une faible activité vis-à-vis de la réaction d'oxydation du catéchol.La seconde partie de ce travail présente la synthèse de liquides ioniques constitués par des synthons cationiques dérivés d'ester de glycine-bétaïne {trialkyl(2-éthoxy-2-oxoéthyl)ammonium (alkyl = éthyl, n-propyl et n-butyl), N-(1-méthylpyrrolidyl-2-éthoxy-2oxoéthyl)ammonium} et des anions inorganiques {bis(trifluorosulfonyl)imide (NTf2-), dicyanamide (Dca-), tétrafluoroborate (BF4-)}. Les influences de la longueur de la chaîne alkyle portée par l'atome d'azote ammonium et de la nature de l'anion associé sur les propriétés physicochimiques telles que la densité, les températures de fusion, de transition vitreuse et de décomposition, la viscosité et les fenêtres électrochimiques, ont été déterminées. De plus, des sels fondus ont pu être générés à partir de ces cations organiques associés aux anions tetrafluoroborate, dicyanamide, hexafluorophosphate (PF6-) et perchlorate (ClO4-), et leurs propriétés physicochimiques ainsi que leurs structures cristallines ont été déterminées.Ensuite, les liquides ioniques hydrophobes sont utilisés pour l'extraction des cations métalliques [Cu(II), Ni(II), Cd(II) et Pb(II)] en phase aqueuse. Cette étude montre que les rendements d'extraction d'ions métalliques, déterminés par mesure de la concentration résiduelle en métal en phase aqueuse, dépendent de la longueur de la chaîne alkyle portée par l'atome d'azote ammonium et des propriétés chélatantes de l'anion. Les rendements les plus élevés ont été obtenus avec les liquides ioniques dont l'anion possède des propriétés chélatantes. L'étude du transfert du métal montre qu'il est dépendant de l'hydrophobicité du synthon cationique. Une augmentation de l'hydrophobicité du synthon cationique conduit à une augmentation du rendement d'extraction, tout en limitant l'échange ionique et en privilégiant une extraction par paires d'ions. Enfin, l'électrodéposition en phase liquide ionique et la désextraction liquide-liquide des ions métalliques ont été étudiées. / This work deals with copper(II) and nickel(II) complexation of a polydentate tripodal ligand and with, on a second part, the synthesis and characterization of ionic liquids derived from betaine and their use in liquid-liquid extraction.On the first part, a heptadentate ligand, tris[(L)-alanyl-2-carboxamidoethyl]amine (H3trenala), has been synthesized as its tetrahydrochloride salt; its protonation constants and the stability constants of the copper(II) and nickel(II) chelates have been determined by potentiometry. Mononuclear species with protonated, neutral, or deprotonated forms of the ligand, [Cu(H5trenala)]4+, [M(H4trenala)]3+, [M(H3trenala)]2+, [M(H2trenala)]+, and [M(Htrenala)] (M=Cu2+ and Ni2+) have been detected in all cases, while only Cu2+ gives dinuclear [Cu2(H2trenala)]2+, [Cu2(Htrenala)]2+, [Cu2(trenala)]+, and [Cu2(trenala)(OH)] species. Two dinuclear copper(II) complexes have been prepared and characterized by spectroscopic techniques (IR, UV-Vis, mass electro-spray) and thermogravimetric analysis. These two dinuclear copper(II) complexes have revealed weak catalytic activity in catechol oxidation.On the second part, a series of salts based on ethyl ester betaine derivatives[trialkyl(2-ethoxy-2-oxoethyl)ammonium or N-(1-methylpyrrolidyl-2-ethoxy-2-oxoethyl)ammonium cations] with alkyl chains [ethyl, n-propyl and n-butyl] have been synthesized. These cations generate hydrophobic ionic liquids with bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrafluoroborate or dicyanamide anions. The influence of the alkyl chain length and the chemical nature of the counteranion on physicochemical properties such as density, melting point, glass transition and decomposition temperatures, viscosity, and electrochemical window have been investigated. In addition, molten salts have been generated from these organic cations with hexafluorophosphate, perchlorate, tetrafluoroborate or dicyanamide anions. Their physicochemical properties and crystal structure have been investigated.The extraction of the different metal cations (Cu2+, Ni2+, Cd2+ and Pb2+) in aqueous solution by hydrophobic ionic liquids synthesized was performed. The extraction yields, determined by the measurements of the residual metal concentration in aqueous solution, depend not only the length of the alkyl chain of the ammonium but also on the nature of the associated anion. The most promising results are obtained with ILs whose anion has a chelating ability. The mechanism of metal transfer has been studied and was related to the hydrophobicity of the cationic synthon. Increasing the hydrophobicity of the cationic synthon leads to an increase of extraction yield, thus limiting the ion exchange and promoting ion pairing extraction. Electrodeposition in ionic liquid phase and liquid-liquid desextraction of metallic ions have also been investigated.

Les bétaïne lipides (BL) sont des lipides polaires qui se distinguent des phospholipides (PL)par l’absence de phosphore (P). La réorientation métabolique induite par une limitation en P chez des microalgues produisant des BL (Tisochrysis lutea et Diacronema lutheri, Haptophytes) ou en produisant peu (Phaeodactylum tricornutum, Bacillariophyte) a été comparée à celle induite par une limitation en azote (N). Le devenir et le flux de carbone dans différentes voies de biosynthèse ont été étudiés par une approche pluridisciplinaire.La limitation nutritive en P ou en N affecte différemment le métabolisme du carbone selon les espèces microalgales. La limitation en P réduit fortement l’activité photosynthétique et la respiration chez P. tricornutum et T. lutea. Par conséquent, l’accumulation de carbone est plus élevée que sous limitation en N chez ces deux espèces. Les deux limitations stimulent en particulier la synthèse des lipides neutres et / ou des glucides. Le remplacement des PL par les BL a été observé chez P. tricornutum en condition de limitation en P. Ce résultat est en accord avec une augmentation de la transcription du gène codant la bétaïne lipide synthase. En revanche, cette limitation ne modifie pas les teneurs en BL rapportées au carbone chez T. lutea et D. lutheri. La composition en acides gras des différentes classes lipidiques est modifiée selon l’espèce microalgale et l’élément nutritif limitant. Une attention particulière a été portée aux acides gras de la série oméga-3, notamment l’acide eicosapentaénoïque (EPA, 20:5 ω3) et l’acide docosahexaénoïque (DHA, 22:6 ω3) dont les proportions varient en fonction de l’élément limitant,de l’espèce et de la classe lipidique. L’augmentation de la production des lipides neutres et / ou des lipides polaires, notamment des bétaïne lipides, riches en DHA et/ou EPA induite par un stress nutritif laisse envisager une valorisation de ces molécules d’intérêt dans différents domaines dont la nutrition et la santé. / Betaine lipids (BL) are P-free polar lipids, conversely to phospholipids (PL). The metabolic reorientation induced by phosphorus (P) limitation in microalgae producing BL (Tisochrysis lutea and Diacronema lutheri, Haptophyta) or producing low levels of BL (Phaeodactylum tricornutum, Bacillariophyta) was compared to that induced by nitrogen (N) limitation. The carbon destiny and flow in different biosynthetic pathways were studied with a multidisciplinary approach. P or N limitation differently affected carbon metabolism according to microalgal species. P limitation highly decreased photosynthetic activity and respiration of P. tricornutum and T. lutea. Consequently, carbon accumulation was higher than under N limitation in these two species. Both limitations stimulated the synthesis of neutral lipids and / or carbohydrates. Replacement of PL by BL was observed in P. tricornutum under P limitation. This result is in agreement with a transcription increase of the gene encoding BL synthase. On the other hand, this limitation did not modify BL contents in reference with carbon in T. lutea or D. lutheri. Fatty acid composition of the different lipid classes was modified according to the microalgal species and the limiting nutrient. Particular attention was paid to the fatty acids of the omega-3 series, notably eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5 ω3) and docosahexaenoic acid (DHA, 22:6 ω3), the proportions of which vary according to the limiting element, species and lipid class. The increase in the production of neutral lipids and / or polar lipids, especially betaine lipids, rich in DHA and / or EPA induced by nutritive stress suggests a valorization of these molecules of interest in various areas including nutrition and health.

Résumé : Le métabolisme monocarboné ou métabolisme 1-C désigne l’ensemble des voies métaboliques permettant la synthèse et / ou le recyclage de molécules donneur de groupement monocarboné au cours des réactions de méthylation. L’objectif de ce travail était d’évaluer l’implication des métabolismes de la choline, de la phosphatidylcholine (PC) et de la bétaïne dans la physiopathologie des désordres impliquant le métabolisme 1-C en période prénatale et postnatale. Nous avons montré une augmentation progressive de l’expression de la majorité des gènes impliqués dans le métabolisme 1-C au cours de l’ontogénèse hépatique murine, tandis que les leur expression était plus faible avec des profils plus variable au niveau cérébral. Chez l’homme, les valeurs normales des concentrations des intermédiaires du métabolisme 1-C dans le liquide amniotique (LA) en fonction du terme gestationnel ont été déterminées pour tous les paramètres et les concentrations de S-adénosyl-homocystéine et de méthionine étaient augmentées dans les LA du groupe affecté par des défauts de fermeture du tube neural (DFTN) suggérant que certains cas de DFTN pourraient être associés à des déséquilibres du métabolisme 1-C. En post natal, nous avons montré à la fois chez l’homme et l’animal, que les hyperhomocystéinémie d’origine nutritionnelles ou génétiques induisaient une déplétion en bétaïne, épargnant uniquement le rein où elle est un osmolyte majeur. Dans un modèle murin de déficit en cystathionine–beta synthase induisant une hyperhomocystéinémie, une technique de lipidomique ciblée a montré au niveau hépatique des modifications qualitatives des phospholipides (PLs) avec une diminution des PC contenant des acides gras insaturés et des phosphatidyléthanolmines contenant de l’acide arachidonique. Ces modifications des PLs pourraient jouer un rôle dans la constitution de la stéatose hépatique observée dans l’histoire naturelle de cette maladie. En conclusion, ce travail a permis de montrer que la choline, la bétaïne et les PC sont des acteurs indissociables du métabolisme 1-C qui pourraient être impliqués dans la physiopathologie des DFTN et dans les hyperhomocystéinémies. Ils pourraient également être impliqués dans la physiopathologie des stéatoses hépatiques non alcooliques ou des déficits cognitifs, dans lesquels des désordres du métabolisme 1-C ont été observés. / Abstract: One carbon metabolism or 1C metabolism includes all metabolic pathways for the synthesis and / or recycling of molecules involved in methylation reactions. The objective of this study was to evaluate the involvement of choline, phosphatidylcholine (PC) and betaine metabolisms in the pathophysiology of diseases with impaired 1-C metabolism in prenatal and postnatal period. We showed a progressive increase of the expression of the majority of genes involved in 1-C metabolism during the mouse liver ontogeny while their gene expression was at lower levels and with more variable patterns during brain ontogeny. In humans, amniotic fluid concentrations of all intermediates of 1-C metabolism according to gestational term were determined and we observed increased concentrations of S-adenosyl-homocysteine and methionine in pregnancies affected by neural tube defects (NTD) suggesting that some NTDs cases could be associated with an imbalance in 1-C metabolism. In the postnatal period we showed that both in animal and humans and both in nutritional and genetic hyperhomocysteinemia, that betaine pools were decreased, only sparing the kidney betaine concentrations, where betaine acts as an essential osmolyte. In a mouse model of cystathionine-beta synthase deficiency inducing hyperhomocysteinemia, a technic of targeted lipidomic revealed qualitative changes in the liver phospholipids composition, in particular a decrease of PC containing unsaturated fatty acids and of phosphatidylethanolamine containing arachidonic acid and an increase of phosphatidylethanolamine containing docosohaexaenoic acid. This phospholipids remodelage may participate in the development of the steatosis observed in the natural history of this disease. In conclusion, this study has shown that choline, betaine and phosphatidylcholine are essential actors of 1-C metabolism that could be involved in the pathogenesis of NTD and hyperhomocystéinemia. They could also be involved in the pathophgysiology of non alcoholic fatty liver disease or cognitive decline, in which disorders of 1-C metabolism were observed.