Le paludisme est causé par l'infection et la destruction des érythrocytes par les parasites protozoaires appartenant au genre Plasmodium. Au cours de son développement dans l'érythrocyte,Plasmodium falciparum requiert la biosynthèse massive de membranes dont les principaux constituants lipidiques sont des phospholipides. La phosphatidylcholine (PC) et la phosphatidyléthanolamine (PE) représentent à elles deux environ 80 % des lipides membranaires et l'inhibition de leur biosynthèse est létale pour le parasite. La PC et la PE sont synthétisées par le parasite, principalement via les voies de novo dépendantes de la CDP-choline et de la CDP-éthanolamine (ou voies de Kennedy) en utilisant respectivement la choline et l'éthanolamine comme précurseurs. Ces travaux de thèse se focalisent sur les deux enzymes CTP:phosphocholine etCTP:phosphoéthanolamine cytidylyltransférase (PfCCT et PfECT, respectivement), catalysant les étapes limitantes des voies de Kennedy. Chez Plasmodium, les CCT et ECT possèdent deux domaines cytidylyltransférases (CT) portant l'activité catalytique, séparés par une longue région de liaison. Pour la CCT, cette duplication est retrouvée seulement chez trois organismes, tous faisant partie du phylumdes Apicomplexes : Babesia, Theileria et Plasmodium, alors que la présence de deux domaines CT estune caractéristique retrouvée chez toutes les ECT étudiées à ce jour. La première partie de ce travail de thèse concerne la caractérisation biochimique et l'inhibition la PfCCT Nous avons montré que les deux domaines CT de la PfCCT sont actifs à l'inverse de la PfECT pour laquelle seul le domaine CTN-terminal est catalytiquement actif. A la suite d'un criblage virtuel basé sur la structure de l'enzyme,nous avons identifié un composé princeps capable d'inhiber l'activité de la PfCCT in vitro, la synthèse de PC et la croissance parasitaire. Ce premier composé actif (haut µM) représente une base pour l'optimisation future de nouveaux composés plus efficaces. Dans la deuxième partie de cette thèse,nous avons déterminé le mécanisme catalytique, la spécificité de liaison des ligands et l'organisation structurale de la PfECT grâce à la combinaison d'approches biochimiques et biophysiques. L'ensemble des résultats présentés dans ce manuscrit apportent un éclairage important concernant le fonctionnement de ces deux cibles potentielles et constituent des étapes essentielles à l'élaboration d'une approche thérapeutique. / Malaria is caused by the infection and destruction of red blood cells by protozoan parasitesbelonging to the genus Plasmodium. During its intra-erythrocytic development, Plasmodiumfalciparum requires massive biosynthesis of membranes which are mainly composed of phospholipids.Phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE) together represent about 80% of thetotal membrane lipids and inhibition of their biosynthesis leads to parasite death. PC and PE aresynthesized by the parasite's machinery mainly through the de novo CDP-choline and CDPethanolamine(Kennedy) pathways using respectively choline and ethanolamine as precursors. Thisstudy focuses on the rate limiting steps of these pathways catalyzed by CTP:phosphocholine andCTP:phosphoethanolamine cytidylytransferases (PfCCT and PfECT, respectively). In Plasmodiumspecies, both CCT and ECT contain two catalytic cores (CT domains) separated by a long linker.Interestingly, for CCT this feature is found only in three organisms, all from the phylum ofApicomplexa: Babesia, Theileria and Plasmodium, whereas the presence of two CT domains is ageneral feature in all ECTs known so far. The first part of this work consists in the biochemicalcharacterization of PfCCT and the investigation of its druggability. We showed that both PfCCT CTdomains are active and display similar kinetic parameters while only the N-terminal CT domain wasactive in PfECT. Subsequent to an in silico structure-based screening of compounds libraries, weidentified a PfCCT inhibitor able to inhibit PC synthesis as well as P. falciparum growth in vitro in thehigh µM range. This compound represents a first step toward the optimization of future more potentcompounds. In the second part of this study, we investigated the catalytic mechanism of PfECT anddeciphered its interactions with its ligands using biochemical, biophysical and structural approaches.Collectively, these results bring new insights into the biochemical and structural properties of thesetwo keys enzymes of the phospholipid metabolism in P. falciparum and pave the way for their futuredevelopment as potential drug target.

Les organophosphorés (OPs) sont des neurotoxiques. Leur décontamination est difficile et coûteuse. L’utilisation d’enzymes capables de les détoxifier est une solution élégante. Les enzymes bactériennes sont peu stables et chères à produire. Nous avons identifié des enzymes très résistantes, capable de biodégrader lentement ces composés. Nous avons alors développé une stratégie permettant d'améliorer l'activité de l'enzyme très stable en nous basant sur les enzymes les plus actives. Celle-ci fut améliorée de plus de 1000 fois envers ces insecticides. Enfin, nous avons analysé l'origine de ces améliorations et mis en évidence des concepts émergents dans l'évolution des enzymes. / Organophosphorus compounds are neurotoxic. Their decontamination is difficult and cost prohibitive. An appealing solution resides in the use of enzymes capable of degrading such compounds. Bacterial enzymes are poorly stable and expensive. We identified highly resistant enzymes capable of slowly biodegrading these compounds. We have developped a strategy allowing to increase the activity of our enzyme by using the similarities with the highly active enzymes. The activity was increased by a factor of 1000 against OPs. We analyzed the origins of these ameliorations and showed emergent concepts in enzyme evolution.

Plus de 200 facteurs pré-ribosomiques sont impliqués dans la maturation des ribosomes. La majorité de ces facteurs sont essentiels à la survie cellulaire, mais la fonction précise de la plupart d’entre eux demeure inconnue. Une des dernières étapes de maturation de la petite sous-unité du ribosome est le clivage du pré-ARNr 20S en ARNr 18S mature. Ce clivage est réalisé par l'endonucléase Nob1 et nécessite également la présence de la NTPase Fap7 ainsi que d’une pléthore d’autres facteurs pré-ribosomiques. La fonction de Fap7 est particulièrement intrigante, car l'homologue humain hCINAP possède une activité adénylate kinase, activité enzymatique qui n’est généralement pas liée à la biogenèse des particules ribonucléoprotéiques. En outre, la fonction de Fap7 est intimement liée à son interaction avec la protéine ribosomique Rps14. La partie C-terminale de Rps14 est essentielle pour le clivage au niveau du site D et est située à proximité de l’extrémité 3’ de l’ARNr 18S dans le ribosome mature. La suppression de cette protéine provoque le syndrome 5q qui est phénotypiquement proche de l’anémie de Diamond-Blackfan. Ces deux protéines interviennent également au niveau d’une voie de régulation de p53 qui est dérégulée dans de nombreux cancers. La combinaison d’études structurales par cristallographie aux rayons X, d’études enzymatiques sur des protéines recombinantes ainsi que des tests de maturation in vitro réalisés sur des pré-ribosomes purifiés, nous a permis de mieux appréhender la fonction de Fap7 au sein de la sous-unité pré-40S du ribosome. Nous avons également montré que l'interaction Fap7-Rps14 est impliquée dans un changement conformationnel majeur au cœur des pré-ribosomes et que cette réorganisation est nécessaire afin d'exposer le site D pour le clivage par l’endonucléase Nob1. / Over 200 pre-ribosomal factors involved in the maturation of ribosomes. Most of these factors are essential to cell survival, but the precise function of most of these factors remains elusive. One of the last steps of maturation of the small subunit of the ribosome is the cleavage of 20S pre-rRNA in 18S rRNA in the cytoplasm. This cleavage is carried out by the endonuclease Nob1 and also requires the presence of other factors such as the methyltransferase Dim1, and a plethora of NTPases including the Rio protein kinases, Prp43 and its cofactor Pfa1, the Ltv1 GTPase and the Fap7 NTPase. The function of Fap7 is especially intriguing since the human homologue bears Adenylate activity, an enzymatic activity not usually linked to ribonucleoprotein biogenesis. In addition, the function of Fap7 is intimately linked its interaction with the Rps14 ribosomal protein. The Rps14 C-terminal is essential of D site cleavage and is located in proximity to the 18S C-terminus in the mature ribosome. The deletion of this protein causes the 5q syndrome that is phenotypically close to Diamond Blackfan anemia. The link between the enzymatic activity of Fap7 and its role in ribosome biogenesis remains enigmatic. Using a combination of structural studies by X-ray crystallography, small angle X-ray scattering (SAXS) in solution, enzymatic studies on purified proteins, and in vitro D site cleavage reaction assays on purified pre-ribosomes, we were able to uncover the function of Fap7 within pre-40S ribosomes. We show that the Fap7/Rps14 interaction is involved in a major conformational change at the heart of the pre-ribosomes and that this structural rearrangement is necessary to expose the D-site for cleavage by the endonuclease Nob1.

Le cancer de la prostate représente la deuxième cause de décès liée au cancer. Des stratégies thérapeutiques ciblant des mécanismes moléculaires conduisant à la résistance doivent donc être développées. Une stratégie visant à améliorer les traitements du cancer de la prostate consiste à cibler les gènes qui sont activés lors de la disparition des androgènes, soit pour retarder ou empêcher l'émergence du phénotype de résistance à la castration. Le but de cette thèse est d'identifier et de développer des petites molécules inhibitrices ciblant des interactions protéine-protéine impliquées dans le cancer de la prostate. Cette thèse porte sur l'étude de deux protéines cruciales liées au cancer de la prostate, à savoir, la protéine de choc thermique de bas poids moléculaire (Hsp27) et la protéine TCTP. Nous avons validé deux composés ciblant TCTP en utilisant une chimiothèque dédiée à l'inhibition d'interaction protéine-protéine. Des tests fonctionnels sont actuellement mis au point pour évaluer la capacité de ces molécules à être proposées comme composés potentiels contre le cancer de la prostate. / Prostate Cancer (PCa) is one of most common malignancies, being the second leading cause among cancer-related death. Additional therapeutic strategies targeting molecular mechanisms mediating resistance must be developed because of the defects of docetaxel-based treatments. One strategy to improve therapies in advanced PCa involves targeting genes that are activated by androgen withdrawal, either to delay or prevent the emergence of the CR phenotype. The purpose of my thesis is to identify & develop small molecules inhibitors targeting PPIs involved in prostate cancer. we focuses on 2 crucial prostate cancer related proteins, namely, the small molecular weight Heat shock protein 27 (Hsp27) and the Translationally Controlled Tumor Protein (TCTP). We have validated 2 compounds targeting TCTP by using a "PPI Inhibitor-like" dedicated chemical library. Functional tests are now being developed to evaluate the capacity of such molecules to be proposed as potential compounds against prostate cancer.

La biogenèse des ribosomes est un processus complexe qui implique la production et l'assemblage de 4 ARN et d'environ 80 protéines. Chez l'Homme, la production des deux sous-unités ribosomiques débute dans le nucléole par la synthèse par l'ARN polymérase I d'un long transcrit contenant les séquences des ARN ribosomiques 5.8S, 18S et 25S, qui s'associe de manière co-transcriptionnelle à des protéines ribosomiques et à des facteurs d'assemblage. Le quatrième ARN ribosomique, l'ARNr 5S est transcrit séparément par l'ARN polymérase III, et s'associe avec les protéines ribosomiques Rpl5 et Rpl11 en dehors du ribosome. Ce sous-complexe, appelé particule 5S, est ensuite intégré au sein de la grande sous-unité. La particule 5S est également impliquée dans le contrôle de la prolifération cellulaire. En effet, en cas de dé-régulation de la biogenèse du ribosome, la particule 5S s'accumule dans le nucléoplasme et interagit directement avec l'ubiquitine-ligase MDM2, provoquant la stabilisation du suppresseur de tumeur p53. L'objectif principal de ma thèse est d'étudier le rôle des facteurs d'assemblage Rpf2 et Rrs1 dans la biogenèse du ribosome. Ces protéines assurent deux fonctions distinctes : elles sont requises pour l'association de la particule 5S avec la sous-unité pré-60S, et stimulent la transcription des ARNr par l'ARN polymérase I. Elles sont donc impliquées dans deux événements fondamentaux qui conditionnent les capacités de prolifération cellulaire. La combinaison d'études structurales par cristallographie aux rayons X, et d'études d'interactions protéine-ARN in vitro et in vivo, m'ont permis de mieux appréhender le rôle du complexe Rpf2/Rrs1 dans l'intégration de la particule 5S et dans la maturation de la grande sous-unité. J'ai également étudié le rôle du complexe Rpf2/Rrs1 dans la régulation de la transcription des ARNr, en caractérisant ses interactions avec la polymérase I. / Ribosome Biogenesis is a complex process that requires the production and the correct assembly of the 4 rRNA with more than 80 proteins. Ribosome biogenesis starts by the transcription of a pre-RNA precursor in the nucleolus. Three of the four ribosomal RNAs, the 5.8S, 18S, and 25S rRNAs, are cotranscribed as a single 35S precursor by polymerase I. This precursor is cotranscriptionally modified, folded, cleaved, and assembled with both ribosomal proteins and non-ribosomal factors to generate the mature ribosomes. The fourth rRNA, the 5S rRNA, is transcribed by RNA polymerase III and is assembled into the 5S particle, containing ribosomal proteins Rpl5 and Rpl11, prior to its incorporation into preribosomes. In mammals, the 5S RNP is also a central regulator of the homeostasis of the tumor suppressor p53 The main objective of my thesis was to understand the precise roles of the two assembly factors Rpf2 and Rrs1 in ribosome biogenesis. These proteins have two distinctive functions : Rpf2 and Rrs1 are required for the 5S particle incorporation into the large subunit, and stimulate the rRNA transciption by polymerase I. Using a combination of structural studies by X-Ray crystallography and biochemical approaches as in vitro and in vivo methods to study proteins-RNA interactions, I was able to uncover the function of the Rpf2/Rrs1 dimer in the maturation of the large subunit through the recruitment of the 5S particle. I also studied the function of Rpf2 and Rrs1 in the rRNA transcription regulation, by characterizing physical connection with polymerase I subunits.

Les sphingolipides sont une famille de lipides membranaires dotés d'un rôle structural, influant sur les propriétés de la bicouche lipidique, mais ils agissent aussi comme des molécules effectrices au rôle essentiel dans de nombreux aspects de la biologie cellulaire. Les sphingolipides céramide, sphingosine et S1P ont des effets opposés: le céramide et la sphingosine inhibent la prolifération et promeuvent la réponse apoptotique à différents stimulus de stress, la S1P est un stimulateur de la prolifération et de la survie cellulaires. Le céramide peut être produit par la voie de synthèse de novo, et l'hydrolyse de la sphingomyéline membranaire catalysée par les sphingomyélinases. Ces deux voies peuvent être activées par la cytokine pro-inflammatoire TNFa, capable d’induire une perte musculaire et jouant un rôle crucial dans le développement de la cachexie. Nous avons fait l'hypothèse que le céramide, ou un de ses métabolites, peuvent être des médiateurs de la perte musculaire tumeur-induite. Nous avons examiné le rôle du céramide dans l'atrophie induite in vitro par le TNFa chez les myotubes, en utilisant des analogues de céramide et des inhibiteurs du métabolisme sphingolipidique. L'apport de céramides exogènes est capable de reproduire l'effet atrophique du TNFa, ce qui suggère que le céramide peut participer à l'atrophie musculaire. Pour vérifier si les céramides sont les médiateurs de l'atrophie induite par le TNFa, nous avons analysé l'effet d'inhibiteurs ciblant différentes étapes du métabolisme: l'inhibition de la voie de synthèse de novo est incapable de rétablir la taille des myotubes en présence de TNFa, alors que les inhibiteurs de sphingomyélinase neutre suppriment l'atrophie TNFa-induite. L’accumulation de céramide et de sphingosine augmente l’effet pro-atrophique, tandis que la S1P a un effet protecteur. Ces observations montrent que, dans les myotubes, le céramide, ou un métabolite produits par la voie de la sphingomyélinase neutre en réponse à une stimulation par le TNFa, participent à l'atrophie des cellules. Pour évaluer le rôle in vivo des sphingolipides, nous avons traité la souris BalbC porteuse d’un carcinome C26 avec myriocine, inhibiteur de la synthèse de novo, capable d'induire une déplétion du muscle en sphingolipides, Ce traitement protège partiellement les souris contre la perte de poids corporel et de poids des muscles induite par la tumeur, sans affecter la taille de celle-ci. De plus, la myriocine réverse significativement la perte de taille des fibres musculaires et réduit l'expression des atrogenes, ce qui montre qu'elle protège le muscle contre l'atrophie. Ces résultats suggèrent fortement que le céramide, ou un métabolite sphingolipidique en aval, est impliqué dans l'atrophie musculaire tumeur-induite. La voie des sphingolipides apparaît donc comme une nouvelle cible potentielle d'interventions pharmacologiques visant à protéger le tissu musculaire contre l'atrophie. / The sphingolipids are a family of membrane lipids with only a structural role, influencing lipid bilayer properties, but they also act as effector molecules with essential roles in many aspects of cell biology. The sphingolipids ceramide, sphingosine and S1P have shown opposite effects: whereas ceramide and sphingosine usually inhibit proliferation and promote apoptotic responses to different stress stimuli, S1P is known to stimulate cell growth, and promote cell survival. Ceramide can be produced through the de novo synthesis pathway, and by membrane sphingomyelin hydrolysis catalyzed by sphingomyelinases. Both pathways can be activated by the pro-inflammatory cytokine TNFa. Because this cytokine has been shown to promote muscle loss and seems to be crucial in the development of cachexia, we hypothesized that the formation of ceramide, or a metabolite, can be involved in tumor-induced muscle wasting. We investigated the role of ceramide in the in vitro atrophic effects of TNFa on differentiated C2C12 myotubes, by using cell permeant ceramides and inhibitors of sphingolipid metabolism. We observed that TNFa atrophic effects, as evaluated by the reduction in myotube area, are mimicked by exogenous ceramides, supporting the idea that ceramide can participate in muscle atrophy. To verify if ceramide is a mediator of TNFa-induced atrophy, and to identify the metabolites potentially involved, we analyzed the effects of drugs able to block sphingolipid metabolism at different steps: the inhibition of de novo synthesis pathway was unable to restore myotube size in the presence of TNFa whereas the inhibitors of neutral sphingomyelinases reversed TNFa-induced atrophy. Moreover, an accumulation of ceramide and sphingosine induced pro-atrophic effects, whereas sphingosine-1-phosphate had a protective effect. These observations establish that in C2C12 myotubes, ceramide or other downstream metabolites such as sphingosine, produced by the neutral sphingomyelinase pathway in response to TNFa stimulation, participate in cell atrophy. To evaluate the in vivo role of sphingolipids, we treated BalbC mice carrying C26 adenocarcinoma woth Myriocin, an inhibitor of the de novo pathway of ceramide synthesis, that is able to deplete muscle tissue in all sphingolipids, was administered daily to the animals. This treatment partially protected animals against tumor-induced loss of body weight and muscle weight, without affecting the size of tumors. Moreover, myriocin treatment significantly reversed the decrease in myofiber size associated with tumor development, and reduced the expression of atrogenes Foxo3 and Atrogin-1, showing that it was able to protect against muscle atrophy. These results strongly suggest that ceramide, or a downstream sphingolipid metabolite, is involved in tumor-induced muscle atrophy. The sphingolipid pathway thus appears as a new potential target of pharmacological interventions aiming at protecting muscle tissue against atrophy.

Ce travail de doctorat porte sur la synthèse et utilisation de bicyclolactones glycidiques, de façon à accéder des dérivés de sucres contenant un système carbonylé α,β-insaturé. Trois types de bicyclolactones ont été étudiés: butenolides liés à des cycles furanose, butenolides fusionnés à des cycles pyranose, comprenant S- et NH-analogues et carboxyméthyle glycosides lactones (CMGLs). La méthodologie de synthèse de butenolides sur motif sucre est basée sur l’oléfination de Wittig de 3 ou 5-cétosucres et lactonisation intramoléculaire spontanée de gamma-hydroxyesters α,β-insaturés intermédiaires. Pour la synthèse des systèmes fusionnés, des furano-3-uloses protégés ont été convertis en 3-C-(éthoxycarbonyl)méthylène furanoses. Une hydrolyse acide finale permet la transestérification intramoléculaire et aussi l’isomérization du cycle en forme pyranose. Des précurseurs 5-S et 5-aminofuranosidiques ont conduit à des analogues thiosucres ou à des dérivés glycidiques ayant une fonction amide et un système carbonylé α,β-insaturé, respectivement. Les CMGLs ont été converties en 3-enopyranosid-2-uloses par l’ouverture de la lactone avec une amine et oxydation/élimination du 2-hydroxy pyranoside tri-O-acétylé obtenu. L’oléfination de Wittig subséquente a conduit aux diènes conjugués pyranosidiques ramifiés en C-2. Les glycosides contenant un groupement propargyle ont permis de préparer des 1,2,3-triazoles par ‘click’ chemistry. Quelques molécules ont été soumises à évaluation antimicrobienne et les énulosides de (N-dodécylcarbamoyl)méthyle ont montré les meilleures activités. Le composé le plus actif est l’énuloside-α qui a montré un très fort effet contre des espèces de Bacillus et une forte activité contre Enterococcus faecalis et Penicillium aurantiogriseum. Les diènepyranosides ont révélé une activité forte et sélective contre E. faecalis. Les dérivés triazolés n'ont montré aucune activité. Parmi les composés bioactifs, trois sont avérés peu toxiques chez les cellules eucaryotes. / This PhD work was focused on the synthesis and the uses of carbohydrate bicyclic lactones for the access to sugar derivatives comprising an alpha, beta-unsaturated carbonyl function. Three types of bicyclic lactones were investigated: furanose C-C-Iinked butenolides, pyranose-fused butenolides, including S-or NH-analogues and carboxymethyl glycoside lactones (CMGLs). The synthetic methodology for butenolide containing-sugars was based on the Wittig olefination of 3- or 5-keto sugars and spontaneous intramolecular lactonization of the intermediate gamma-hydroxy axy alpha,beta-unsaturated esters. In the case of the fused systems, protected furanos-3-uloses were converted into 3-C-(ethoxycarbonyl)methylene furanoses. Further acid hydrolysis elicited both intramolecular transesterification and isomerization to the pyranose ring. Introduction of a sulfur or a nitrogen function at C-5 of the furanose precursors led to thiosugar analogues or to carbohydrate derivatives comprising both an amide function and an alpha,beta-unsaturated system, respectively. CMGLs were converted into 3-enopyranosid-2-uloses by a sequence involving opening of the lactone moiety by amines and oxidation/elimination of the resulting tri-0-acetylated 2-hydroxy pyranosides. Further Wittig olefination afforded 2-C-branched-chain conjugated dienepyranosides. Glycosides bearing a propargyl moiety were engaged in "click" chemistry reactions leading to 1,2,3-triazoles. Some of the new molecules were submitted to antimicrobial evaluation and (N-dodecylcarbamoyl)methyl enulosides proved to display the best efficacy. The most active one was the a-enuloside which showed very strong effect towards Bacillus species and strong activity against Enterococcus faecalis and the fungal pathogen Penicillium aurantiogriseum. Dienepyranosides exhibited a strong activity selectively towards E. faecalis. Triazole derivatives were virtually ineffective. Three of the bioactive compounds showed low acute toxicity in eukaryotic cells.