Les télomères sont les extrémités des chromosomes linéaires des eucaryotes.Ils sont constitués de répétitions en tandem d'un motif court riche enguanine, et liés par des protéines spécifiques. Chez les vertébrés cesprotéines forment un complexe appelé le shelterin et dont l'intégrité estcritique pour assurer la réplication correcte des extrémités deschromosomes, et pour les protéger contre une prise en charge illicite parles voies de réparation des cassures double-brin de l'ADN. Des dysfonctionsdes télomères engendrent une instabilité du génome qui peut conduire à lasénescence ou au cancer. Les télomères représentent une région subnucléaireoù les protéines du shelterin sont fortement enrichies, ce qui permetl'implication dans les fonctions biologiques d'interactions de basseaffinité. Parmi les protéines du shelterin, la protéine de liaison auxrépétitions télomériques TRF2 et son partenaire constitutif RAP1 sont lesfacteurs majeurs responsables de la protection des extrémités. Nous avonsétudié en détails l'assemblage du complexe TRF2/RAP1 par des approchesintégrées de biologie structurale, de biophysique et de biochimie.Nous avons montré que cet assemblage s'accompagne d'importants ajustementsde conformation des deux protéines, et implique une interaction de basseaffinité qui engage de grandes régions des deux protéines et affecte leurspropriétés d'interactions. / Telomeres are the ends of eukaryotic linear chromosomes. They are made oftandem repeats of a short guanine-rich motif and bound by specific proteins.In vertebrates, these proteins form a complex called shelterin, theintegrity of which is critical to ensure proper replication of chromosomeends and to protect them against illicit targeting by DNA double-strandbreak repair pathways. Telomere dysfunctions lead to genome instability,which can ultimately cause senescence or cancer. Telomeres are a subnuclearregion in which shelterin proteins are highly enriched, enhancing lowaffinity interactions of important biological function. Among shelterinproteins, telomeric repeat-binding protein TRF2 and its constitutive partnerRAP1 are the main factors responsible for end protection. We studied indetails the assembly of TRF2/RAP1 complex by means of integrated structural,biophysical and biochemical approaches. We showed that this assemblydisplays important conformational adjustments of both proteins, and involvesa low affinity interaction engaging large regions in both proteins whichaffects their interaction properties.

L'apoptose joue un rôle de protection contre la formation de cellules tumorales. Ce phénomène peut être régulé par la voie extrinsèque qui consiste en partie en l'activation du récepteur de mort DR5 (Death Receptor 5) par le ligand TRAIL (Tumor necrosis factor-Related Apoptosis Induction Ligand), dont l'intérêt majeur est d'induire l’apoptose des cellules tumorales uniquement. Nous nous sommes intéressés à des ligands peptidomimétiques de TRAIL : ces peptides de 16 acides aminés existent sous formes monomériques ou multimériques, et présentent des affinités pour la protéine DR5 jusqu’à 5 fois supérieures à celle de TRAIL. Des études fonctionnelles ont montré que ces ligands induisent l’apoptose des cellules tumorales in vitro, et ce de manière spécifique. Ils agissent également in vivo par réduction du volume de tumeurs de souris. Le but de ce projet est de caractériser les mécanismes d’interaction de ces peptides avec le récepteur DR5, par Résonance Magnétique Nucléaire et Cristallographie aux Rayons X. Nous avons produit le domaine extracellulaire de DR5 par voie recombinante en fusion avec la protéine NusA pour un meilleur repliement des protéines cibles, et un protocole de 4 étapes de purification a permis d’isoler la protéine DR5. Nous avons attribué 89 % des résonances du squelette peptidique de DR5 par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), et le calcul de structure secondaire a montré que la protéine adoptait en solution le même repliement secondaire en brins β que celui des structures de DR5 déposées dans la PDB (Protein Data Bank). Les titrations par RMN de DR5 avec les ligands monomériques et multimériques ont permis non seulement d’identifier la région d’interaction peptide-protéine dans le premier domaine riche en cystéines (CRD1) du récepteur, mais aussi de montrer que la liaison avec les oligomères entraînait des contacts protéine-protéine au niveau du CRD2, suggérant une dimérisation du récepteur. Cette hypothèse a été confirmée par des études de chromatographie d’exclusion de taille, qui ont montré une oligomérisation du récepteur en présence des dimères et trimères. Des études par cristallographie sont en cours afin de déterminer la structure atomique des complexes oligomériques avec DR5. Nos résultats montrent que ces ligands adoptent un mécanisme différent de celui de TRAIL dans l’activation de l’apoptose. / Apoptosis plays a protective role against the formation of tumor cells. This phenomenon can be regulated by the death receptor pathway, among which the Death Receptor 5 that can be activated by the TRAIL ligand (Tumor necrosis factor-Related Apoptosis Induction Ligand), whose major interest is to induce tumor cell apoptosis, specifically. Our work focuses on peptidomimetic ligands of TRAIL: those 16 amino acid peptides exist as monomers or multimers and show affinity for DR5 protein as up to 5-fold the affinity of TRAIL. Functional assays have shown that not only those ligands induce in vitro apoptosis of tumor cells, but also show selectivity for cancer cells, and can reduce mice tumor volume in vivo. The purpose of this project is to characterize the mechanisms by which those ligands interact with DR5, by using Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and X-Ray Crystallography. We have produced the recombinant extracellular domain of DR5 in fusion with the NusA protein, in order to increase the folding of the protein, and we have purified the receptor through a 4-step protocol. We assigned the backbone resonances of 89 % of the protein residues with NMR, and secondary structure calculations showed that DR5 adopts the same β strand folding in solution as from the DR5 crystal structures from the PDB (Protein Data Bank). NMR titrations of DR5 with monomeric and multimeric ligands have allowed us to identify the peptide-protein binding area within the first Cystein Rich Domain (CRD1) of the receptor, but also that the binding with oligomeric peptides lead to protein-protein interactions at the level of the CRD2, suggesting the dimerization of the receptor. This was confirmed par Size Exclusion Chromatography assays that showed an oligomerization of the receptor in the presence of dimeric and trimeric peptides. Ongoing crystallography assays are conducted in order to determine the 3D structure at the atomic level of oligomeric complexes with DR5. Our results show that peptidomimetic ligands of TRAIL display a different mechanism from TRAIL in the activation of apoptosis.

Les récepteurs nucléaires régulent l’expression des gènes importants pour le développement et l’homéostasie des cellules eucaryotes. Si certains d’entre eux sont activés par la liaison d’un ligand naturel, d’autres, comme le récepteur ERR, sont orphelins et ne possèdent pas de ligand naturel connu à ce jour. ERR se lie via son domaine DBD sur un élément de réponse ERRE au niveau des régions promotrices des gènes et son activité peut être modulée par la liaison de ligands synthétiques antagonistes. Par une approche de biologie structurale intégrative combinant biochimie, biophysique et cristallographie aux rayons-X, mon travail de thèse consistait en l’étude de l’organisation structurale d’ERR pour comprendre les mécanismes d’antagonisme induits par le ligand agoniste inverse XCT-790, et la topologie qu’il adopte en interagissant avec l’ADN. Mon projet était axé sur l’étude des domaines modulaires DBD et LBD en complexe avec ADN et ligand transposée à l’étude fonctionnelle du récepteur entier. Par un important travail biochimique, j’ai mis en place les protocoles de purification de ces protéines et caractérisé biophysiquement la stabilité et la stœchiométrie des complexes avec ADN et ligand. J’ai mis en évidence que le ligand XCT-790 se lie sur chacun des monomères de LBD avec une forte affinité et que le DBD interagit avec un ERRE sous la forme d’un monomère. De multiples essais de cristallisation ont abouti à l’obtention de cristaux pour les complexes avec le LBD et le DBD ayant diffracté respectivement jusqu’à 3,5 Å et 7 Å de résolution sans néanmoins pouvoir en déterminer les structures. L’ensemble de ces résultats permettent de conclure que le DBD est monomérique sur les ERRE et IR3 et semble être dimérique sur l’élément de réponse combiné ERRE/ERE. La topologie qu’adopte ERR sur l’ADN est dictée par la liaison de ligand et serait la conséquence d’une communication allostérique entre les domaines modulaires. Ces connaissances acquises faciliteront la détermination structurale d’ERR entier par cristallographie aux rayons-X ou par cryo-microscopie électronique. / Nuclear receptors regulate expression of important genes involved in development and homeostasis in eukaryotic cells. While some of them are regulated by the binding of a natural ligand, others, like ERR, are orphan and don’t have any natural ligand identified up to now. ERR binds to ERRE response elements through its DBD on promoter regions of genes and its activity can be modulated by the binding of synthetic antagonist ligands. By an integrative structural biology approach, my thesis work consisted in the study of the structural organization of ERR to understand the antagonism mechanisms induced by the inverse agonist XCT-790, and the adopted topology upon binding to DNA. My project focused on the study of the modular domains DBD and LBD complexes with DNA and ligand and extended to the functional study of the whole receptor. Thanks to significant biochemical work, I set up the purification protocols for these proteins and characterized by biophysics the stability and stoichiometry of the DNA and ligand complexes. This work revealed that XCT-790 binds on each LBD monomer with high affinity and that the DBD interacts to an ERRE as a monomer. Many crystallization trials led to crystals for the LBD and DBD complexes that diffracted respectively up to 3.5 Å and 7 Å of resolution but no structure could be determined. These results allow to conclude that the DBD is monomeric on the ERRE and IR3 and appears to be dimeric on the combined response element ERRE/ERE. The topology adopted by ERR on DNA is guided by the ligand binding and might be the consequence for an allosteric communication between the modular domains. These results provide the basis for a future structure determination of the full ERR by X-ray crystallography and cryo electron microscopy.

Une large hystérèse centrée autour de la température ambiante constitue l'un des objectifs principaux de la recherche sur les matériaux commutables fonctionnels. Dans le domaine très étudié de la conversion de spin, un tel comportement apparaît très rarement. Un nouveau composé, le complexe [Fe(PM-PeA)2(NCSe)2] présentant une large hystérèse autour de la température ambiante a été synthétisé, sous forme de monocristal et de poudre. Ce composé a été la base de deux axes de recherche. Le premier concerne l’étude multi-échelles des relations structure-propriétés en combinant la diffraction des rayons X sur poudre et sur monocristal, à température variable. Un focus tout particulier a été fait sur l’échelle microstructurale, très peu explorée à ce jour. Pour la première fois,la taille des domaines cohérents et le taux de microdéformations, ont été quantifiés pour un composé moléculaire discret à conversion de spin. Le deuxième axe concerne l’investigation de la transition de spin induite par la pression. L’étude in situ par diffraction des rayons X sur monocristal a permis une caractérisation complète de la structure cristalline des deux états de spin, sous pression. Par la suite, un suivi fin de la transition de spin, révélant une piezo-hystérèse, a été fait grâce à la diffraction des rayons X sur poudre, sous pression in situ à l’aide du rayonnement synchrotron. Les expériences couplant pression et température ont donné accès à des informations cruciales, telles que la variation des modules d’élasticité avec la température, les effets de la température sur la pression de transition, le caractère coopératif de la transition et la largeur de la piezo-hystérèse. / Spin crossover (SCO) compounds with a large hysteresis centered around room temperature (RT) are being constantly pursued although such behavior is very rare and most often noticed in coordination networks. In this context, a new molecular discrete compound, the complex [Fe(PM-PeA)2(NCSe)2], showing a large SCO hysteresis spanning RT has been synthesized in both singlecrystal and powder forms. Then, two research lines emerged. The first one concerns the multi-scales study of the structure-properties relationships, combining single-crystal and powder X-ray diffraction at variable temperature. A particular focus has been made on the microstructural scale, almostunexplored until now. For the first time, the coherent domain sizes and the micro-deformation rate has been quantified for a molecular discrete SCO compound. The second part of this work investigates in detail the pressure-induced SCO. The in situ single-crystal X-ray diffraction studies has been carried out to perform a complete characterization of the crystal structure under pressure. Thereafter, an accurate high-pressure X-ray diffraction measurement on the powder, with a synchrotron radiation,provides a fine track of the pressure-induced SCO and showed a piezo-hysteresis. Experiments coupling pressure and temperature brought crucial information pertaining to variation of bulk moduli withtemperature, the piezo-hysteresis width, the temperature dependence of the pressure transition and pressure-induced SCO abruptness, are provided in detail for the first time.

Le ribosome est un complexe macromoléculaire impliqué dans la synthèse protéique de toutes les cellules vivantes. L’étape d’élongation de cette synthèse est un processus itératif débutant par la sélection au sein du ribosome d’un ARNt aminoacylé suivie par le transfert du peptide du site P- vers le site A- et de la translocation de l’ARNm et de l’ARNt. Le facteur d’élongation 2 (eEF2), qui catalyse la translocation, est l’un des acteurs majeur de cette étape d’élongation chez les eucaryotes. Cependant le mécanisme par lequel eEF2 induit ce processus est encore aujourd’hui inconnu. Dans cette étude structurale, nous présentons la première structure à haute résolution (3.1 Å) du complexe de pré-translocation résolu par cristallographie aux rayons X. La structure obtenue nous a permis d’identifier les différents composants du complexe de translocation et de proposer le rôle de l’His699 et celui de la diphtamide, modification post-traductionnelle d’eEF2, lors du stade de pré-translocation. / Elongation is the longest stage of protein synthesis that takes place on the ribosome and represents a cycle that begins with an aminoacyl-tRNA selection followed by the catalysis of peptide transfer from the P- to the A-site and mRNA-tRNA translocation. Elongation factor 2 (eEF2) is one of the key player of elongation cycle in eukaryotes that catalyzes translocation of mRNA and tRNA on the ribosome. However the mechanism how eEF2 induces translocation on the ribosome is unknown. Current work investigates the structural aspect of protein synthesis machinery in eukaryotes. In particular we present first high resolution structure of functional pretranslocation complex solved at 3.1 A by X-ray crystallography. The obtained structure allowed us to see several features of translocation complex and to propose the role of His699 and post translational modification of eEF2 diphthamide during at pretranslocation stage.

Résumé non disponible

Depuis la découverte de la protéine fluorescente verte (GFP) en 1962, de nombreux développements ont permis d'améliorer l'utilisation de cette protéine naturellement luminescente en tant que puissant outil permettant de suivre des protéines ou des organelles d'intérêt dans les cellules ou organismes vivants. Au début du 21ème siècle, la découverte des protéines fluorescentes photoactivables (PAFPs), notamment chez les anthozoaires, a initié une révolution dans le domaine de la technologie des FP. Certaines PAFPs sont capables d'être irréversiblement photoconverties d'une forme fluorescente verte à une forme fluorescente rouge alors que d'autres peuvent être réversiblement commutées entre des formes allumées ou éteintes, selon des longueurs d'onde d'excitation spécifiques.Ces protéines sont intensivement employées pour les techniques de microscopie optique, particulièrement en “nanoscopie”, qui permet d'atteindre une résolution optique 10 fois meilleure que la limite théorique d'Abbe. Afin de développer plus en avant ces techniques, notamment en terme de résolution temporelle, la nécessité d'obtenir des sondes fluorescentes plus lumineuses pouvant se photoconvertir ou se photocommuter efficacement est cruciale. Dans un même temps, les marqueurs fluorescents doivent généralement être monomériques et photostables. Afin de mieux comprendre les mécanismes des phototransformations des PAFPs, trois membres de la famille ont été étudiés : EosFP, Dendra2 et IrisFP. Le phénomène de photoconversion du vert au rouge, de photocommutation réversible et de photoblanchiment irréversible ont été étudiés grâce à une combinaison de cristallographie des rayons X et de microspectrophotométrie, en utilisant le laboratoire Cryobench de l'ESRF/IBS. Pris ensemble, les résultats nous ont permis de proposer un mécanisme de photoconversion pour EosFP et Dendra2 et de découvrir et caractériser IrisFP, première PAFP combinant à la fois les propriétés de photoconversion et de photocommutation. Les modifications structurales du chromophore associées à la formation d'un état radicalaire induit par les rayons X, probablement impliqué dans la voie de photoblanchiment des PAFPs, ont aussi été caracterisées.

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie pathogène opportuniste responsable de nombreuses maladies nosocomiales ainsi que d'infections graves chez les patients atteints de mucoviscidose ou chez immunodéprimés. La résistance aux antibiotiques observée chez de nombreuses souches fait de cette bactérie un pathogène difficile à éradiquer. Sa capacité à former un biofilm renforce en particulier cette résistance. Au cours de son processus infectieux, la bactérie utilise des lectines qui lui permettent de reconnaitre et de fixer spécifiquement les oligosaccharides présents en particulier sur les cellules hôte. Parmi elles, sont retrouvées la lectine soluble PA-IL (lectine à galactose) ainsi qu'une lectine fimbriale nouvellement identifiée, CupB6. Ces protéines seraient impliquées dans l'adhésion aux tissus de l'hôte et dans l'élaboration du biofilm. Nos travaux portent sur l'étude biochimique et structurale de ces deux lectines. Par des techniques de microcalorimétrie, de résonance plasmonique de surface et de cristallographie aux rayons X, le site de liaison du sucre de PA-IL a été parfaitement caractérisé, et de nombreux inhibiteurs dérivés du galactose ont pu être testés. D'autre part, nous avons exprimé Cup6 sous forme recombinante et nous avons étudié sa spécificité. Nos études ont montré que le sucre reconnu pourrait être le Lewis b et des études structurales sont en cours. Ces travaux s'inscrivent dans l'optique d'élaborer des glycomimétiques qui pourraient apporter une alternative aux antibiotiques.

On retrouve CaCO3 dans de nombreux matériaux du Vivant, comme par exemple le corail, les carapaces et les coquilles de différents crustacés et mollusques. La croissance des différentes formes allotropiques de CaCO3 , aragonite, calcite et vatérite, en présence de molécules biologiques, est influencée en terme d'organisation cristalline, de microstructure et d'ordre à grande échelle (texture et ultrastructure). La voie électrochimique a été choisie dans ce travail pour sa vitesse de formation de dépôt ainsi qu'un bon contrôle des paramètres instrumentaux. Nous avons sélectionné l'aragonite dans le dépôt ainsi que sa croissance texturée rappelant celle de la nacre de Haliotis tuberculata tuberculata avec toutefois une orientation cristalline moins prononcée. Une croissance en plaquettes pseudo-hexagonales orientées, présentant un double-maclage et une orientation d'environ 60° les unes par rapport aux autres, rappelle les observations faites sur les nacres de différents mollusques. Une étude par diffraction des rayons X sur des dépôts obtenus en présence de chitosan et de molécules organiques extraites de nacres naturelles montre leur influence sur la texture cristalline, les mailles de l'aragonite et les groupements carbonate. Le décalage de l'atome de carbone par rapport au plan des oxygènes de ce groupement révèle la déformation induite par les molécules durant la croissance cristalline. Cette étude montre que par une approche minérale-organique synthétique, on peut se rapprocher des processus conduisant à la croissance d'organo-cristaux naturels, pour la texture, la distortion de mailles, la structure et le faciès cristallin.

Les adénovirus sont des virus icosaédriques non enveloppés à ADN double brin. Bien que ces virus soient très étudiés dans le but d'une application possible en thérapie génique, le manque de connaissances fondamentales, notamment structurales, est probablement à l'origine du faible succès rencontré lors des premiers essais effectués. Dans le cadre d'un programme général d'étude structurale des protéines de l'adénovirus, nous nous sommes intéressés aux protéines mineures et particulièrement à la protéine IX. Cette dernière est localisée sous forme de 4 trimères au centre de chaque face du virus. Grâce à des reconstructions 3D à partir des images de cryo-microscopie électronique, d'une part, d'un adénovirus humain décoré par des Fabs ciblant le domaine C-terminal de la protéine IX et, d'autre part, d'un adénovirus canin dans lequel le domaine C-terminal de la protéine IX a été fusionné avec la GFP, nous avons pu localiser le domaine C-terminal à la surface de la capside. En combinant ces résultats avec des données biophysiques obtenues pour différents mutants de la protéine IX, nous avons proposé un modèle de son intégration au sein de la capside. Nous avons en particulier montré que la protéine IX formait un maillage localisé entre les différents capsomères.<br /> Nous nous sommes également intéressés à une autre protéine structurale de l'adénovirus : la tête de fibre courte de l'adénovirus aviaire. Nous avons résolu la structure cristallographique de cette protéine à 2 Å de résolution. Cette structure a été comparée avec d'autres structures de tête de fibre d'adénovirus déjà connues. Nous avons pu en déduire que, malgré de faibles homologies de séquences, les structures tertiaire et quaternaire des têtes de fibre étaient conservées au sein de la famille des adénovirus. La construction d'un arbre phylogénique basé sur les structures atomiques des têtes de fibre nous a permis de mettre en évidence une nouvelle filiation entre les adénovirus infectant différentes espèces. La structure a également conduit à des hypothèses quand à la nature des récepteurs cellulaires de l'adénovirus aviaire.<br />La troisième protéine structurale à laquelle nous nous sommes intéressés est la base du penton de l'adénovirus humain de sérotype 3. Cette protéine pentamérique peut s'associer par douze pour former un assemblage hautement symétrique : le dodécaèdre. Grâce à leur cavité de 80Å et leur capacité à entrer dans les cellules, ces particules dodécaédriques ont été proposées comme véhicule de transfert de gène en thérapie génique potentielle. Nous avons réussi récemment à améliorer des cristaux de cet assemblage pour arriver à une diffraction des rayons X allant jusqu'à une résolution de 3.5 Å. La résolution de la structure est en cours.