Un dérivé phosphorylé covalent stable de la Ca-ATPase du réticulum sarcoplasmique est obtenu à partir de la protéine modifiée par le FITC. Nous avons produit de façon reproductible, des cristaux de type tubulaire de ce dérivé phosphorylé cuvaient stable, à partir de vésicules de réticulum sarcoplasmique natives. Après un traitement d'image de clichés de cryomicroscopie électronique, nous avons calculé la première structure tridimensionnelle d'un dérivé phosphorylé covalent stable d'une ATPase de type P à 8À de résolution. La comparaison de cette nouvelle structure avec les autres structures existantes de la Ca-ATPase, suggère certaines modifications notamment au niveau ou positionnement des domaines cytoplasmiques. Des expériences de trypsinisation et de chromatographie sur une colonne agarose-Red120, ont permis d affiner ces observations. Les liens entre ces moditications structurales et le mécanisme de transport de calcium couplé à l'hydrolyse d ATP sont discutés.

Les ADN topoisomérases de type 2 (Top2) sont des protéines universelles et essentielles à la vie cellulaire. Elles ont pour fonction de réguler de manière fine l’équilibre topologique de l’ADN. Chez l’homme, les Top2 (HsTop2) sont des cibles thérapeutiques de première importance en oncologie. Des molécules telles que l’étoposide et la doxorubicine font partie des traitements anticancéreux les plus utilisés en clinique à l’heure actuelle, elles agissent en stabilisant les complexes Top2/ADN/inhibiteurs qui sont transformés en lésions permanentes dont l’accumulation entraîne la mort cellulaire. Mon travail de thèse porte sur la caractérisation fonctionnelle et structurale des isoformes des HsTop2 entières en complexe avec des composés thérapeutiques. Mon projet de thèse comporte trois axes principaux et complémentaires : (i) La production et la caractérisation fonctionnelle in vitro des isoformes recombinantes. Nous avons optimisé et simplifié les protocoles de surexpression des deux isoformes dans la levure et avons également mis au point leur expression dans les cellules de mammifère. (ii) une étude structurale par cryo-microscopie électronique sur les HsTop2 entières en complexe avec des composés thérapeutiques et des oligonucléotides. Ces premiers travaux ont permis l’obtention d’une carte tridimensionnelle de l’enzyme entière qui servira de base pour l’étude de l’architecture des HsTop2 au sein de complexes protéiques de plus grande taille. (iii) des expériences de protéomique chimique permettant de mettre à jour les cibles secondaires potentielles de l’étoposide et de la doxorubicine dans des extraits cellulaires de lignées cancéreuses. / The type 2 DNA topoisomerases are universal proteins essential for cell survival. These enzyme fine tune the topological equilibrium of the DNA in cells. The human proteins are major targets of therapeutics drugs used in oncology. Molecules like etoposide and doxorubicin are among the most effective anticancer drugs used in chemotherapy treatments; they form stable Top2/DNA/drugs complexes which are then transformed in permanent DNA damages. This thesis project focuses on the functional and structural characterization of these complexes using 3 main strategies:(i) the production and the in vitro functional characterization of the recombinant isoforms. We optimized and simplified the production and purification procedures and overexpressed both isoforms in mammalian cells. (ii) a structural study by cryoelectron microscopy on the full enzyme complex with DNA and therapeutic drugs. We obtained a 3D density map that will be used for further studies on the architecture of large HsTop2 associated complexes. (iii) ChemoProteomic experiments on cancer cell lines to highlight the potential etoposide and doxorubicin secondary targets.

Les bactériophages neutralisent les systèmes de défense et détournent les fonctions vitales de leur hôte pour favoriser leur multiplication. Les gènes de phages qui gouvernent cette prise de contrôle de l’hôte restent mal connus, pourtant leur caractérisation présente un intérêt majeur pour mettre à jour des fonctions bactériennes spécifiquement ciblées par les phages et pour concevoir de nouveaux agents antibactériens.Le phage T5 injecte son ADN dans la bactérie Escherichia coli en deux étapes. Seuls les gènes précoces codés par 8% du génome entrent dans la cellule et le transfert s’arrête. Leur expression induit la dégradation du chromosome de l’hôte et l’inactivation de ses systèmes de restriction et de réparation de l’ADN. Après quelques minutes, le reste de la molécule d’ADN est injecté, ce qui permet la production de nouveaux phages. Deux gènes précoces A1 et A2 ont été identifiés comme essentiels pour la reprise du transfert de l’ADN et A1 est également nécessaire pour induire la dégradation de l’ADN de l’hôte. A1 et A2 sont les deux seuls gènes connus pour être impliqués dans la régulation de ce système original d’infection, mais leur fonction n’a jamais été identifiée.Ma thèse porte sur la caractérisation fonctionnelle et structurale des protéines A1 et A2. J’ai purifié A1 et démontré in vitro qu’elle avait une activité DNase dépendante du manganèse. Sa structure atomique a été résolue par cryomicroscopie électronique à 3.01 Å de résolution, montrant une organisation octamérique de symétrie D4 inédite pour une DNase. Chaque monomère (61kDa) contient un domaine exonuclease dont le site actif lie deux ions Mn2+ et qui s’apparente au site catalytique des domaines exonucléases de la DNA polymerase II et des DNAses associées aux systèmes de recombinaison homologue et de réparation de l’ADN comme Mre11. En construisant différents mutants de A1, j’ai identifié certains acides aminés essentiels pour l’activité catalytique et, par des expériences de complémentation fonctionnelle, j’ai montré que cette activité était indispensable pour l’infection. L’ensemble de ces résultats suggèrent que A1 est la DNase, jusqu’ici inconnue, responsable de la dégradation massive du génome de l’hôte au tout début de l’infection. Enfin, j’ai observé que la production de A1 pendant l’infection induit une forte activité recombinase. De nombreux autres bactériophages qui n’appartiennent pas à la famille des T5virus produisent également une protéine similaire à A1 dont la fonction n’a jamais été identifiée. Ce travail est un premier pas vers la compréhension de son rôle dans le mécanisme général d‘infection par les phages. Une deuxième partie de cette thèse porte sur la caractérisation structurale de A2. Des recherches de similarité indiquent la présence d’un domaine Helix-Turn-Helix typique des régulateurs transcriptionnels. J’ai purifié A2 et montré que cette protéine de 14 kDa est un dimère en solution. La caractérisation des propriétés biochimiques de A2 a permis de débuter l’étude de sa structure par RMN.Les résultats de ma thèse ont révélé la structure originale d’une DNase de bactériophage qui contrôle la dégradation du génome bactérien et la régulation du transport de l’ADN viral au début du cycle infectieux. Ces résultats soulèvent des questions intrigantes : comment l’ADN de T5 est-il protégé de l’activité DNase de A1 ? Comment A1 et A2 interagissent-elles lors des étapes de prise de contrôle de l’hôte ? / Bacteriophages defeat bacterial defences and hijack host cell machineries to establish a favourable environment for their multiplication. Early-expressed viral genes that govern host takeover are highly diverse from one phage to another and most of them have no assigned function. They thus represent a pool of novel genes whose products potentially subvert bacterial cell vital functions and could help in designing new antibacterial strategies.T5 phage uses a unique 2-step mechanism to deliver its DNA into its host Escherichia coli. At the onset of the infection, only 8 % of the genome enter the cell before the transfer temporarily stops. Expression of the genes encoded by this DNA portion leads to host chromosome degradation and inactivation of host restriction and DNA mending systems. After a few minutes, T5 DNA transfer resumes, allowing further phage multiplication. A1 and A2 are early genes required for DNA transfer completion and A1 is also necessary to trigger host DNA degradation. A1 and A2 are the only two genes known to be involved in the regulation of this original infection system, but their function yet remains to be characterized.The objectives of this work were to characterize the function and structure of A1 and A2 proteins. I have purified the A1 protein and shown that it has a manganese-dependent DNase activity in vitro. Cryo Electron Microscopy at 3.01 Å resolution unravelled its structure, showing an octameric organization with a D4 symmetry, which is unprecedented for a DNase. Each monomer (61 kDa) carries an exonuclease domain harbouring an active site with two Mn2+ ions. This site is similar to those from the exonuclease domain of the DNA polymerase II and from DNases involved in DNA mending and recombination events like Mre11. I identified essential catalytic residues for the DNase activity and demonstrated that this activity is crucial for infection by engineering A1 mutant proteins and by doing functional complementation assays. Taken together, my results suggest that A1 could then be the elusive DNase responsible for the massive host genome degradation observed during T5 phage infection. Eventually, I uncovered a recombinase activity associated to A1 production during infection. Similar proteins to A1 with unknown functions are produced in several other bacteriophages outside of the T5virus family. This work is a first step towards understanding the role of this protein in the general mechanism of infection by bacteriophages. In a second part, I worked on the structural characterisation of A2 protein. Similarity searches revealed a helix-turn-helix domain typically found in transcriptional regulators. I purified and demonstrated the dimeric organisation of this 14-kDa protein in solution. This initial characterization of A2 has opened avenues for further NMR studies.During my Ph.D., I uncovered the structure of an original bacteriophage DNase that controls bacterial genome degradation and that regulates viral DNA transport at the beginning of the infectious cycle. These results open the intriguing question about the mechanism for T5 DNA protection from A1 DNase activity as well as about the interplay between A1 and A2 during the host takeover.

Les Rotavirus appartiennent à la famille des Reoviridae, famille du groupe III des virus à ARN double brin. Identifiés en 1973 par Ruth Bishop, ces virus non enveloppés sont la première cause de diarrhée aiguë sévère du jeune enfant dans le monde. La capside virale icosaédrique est constituée de 3 couches protéiques de structure : la couche externe formée par la glycoprotéine VP7 d’où émergent les spicules de protéine VP4, la couche intermédiaire constituée par la protéine VP6 représentant près de 50 % du poids du virus et enfin, la couche interne appelée core, résultant de l’assemblage des protéines VP2, d’où émergent vers l’intérieur les protéines VP1 et VP3. Cette capside renferme un génome divisé en 11 segments d’ARN bicaténaires. A ces 6 protéines structurales s’ajoutent les protéines non structurales qui interviennent lors de la réplication du virus. Les deux protéines structurales, VP4 et VP7 sont essentielles pour la fixation de la particule triple couche (TLP) aux membranes des cellules hôtes, par interaction aux récepteurs intégrines, elle sont également impliqués dans la déstabilisation des membranes endosomales, indispensable à la libération de la particule double couche (DLP) infectieuse dans le cytoplasme. Actuellement, contrairement au mécanisme d’action de la protéine VP5*, celui de la glycoprotéine VP7 est inconnu. L’objectif de cette thèse, a été de comprendre le mécanisme moléculaire de déstabilisation des membranes par les peptides dérivés de VP7. Dans un premier temps nous avons montré, par des études in silico, l’existence d’un domaine prédit en hélice membranaire bordé de résidus arginine et lysine hautement conservés, situé à l’extrémité C-terminale de la glycoprotéine VP7. Ces résultats ont conduit à la synthèse de quatre peptides avec lesquels des tests de perméabilisation de membranes modèles de larges vésicules unilamellaires (LUVs) ont été menés. Ceux-ci ont permis d’identifier le domaine minimum le plus actif, VP723, parmi les peptides sélectionnés. Dans un second temps nous avons déterminé la structure de ces peptides par RMN, dans des conditions mimant l’environnement hydrophobe de la membrane. Le peptide minimal VP723 s’organise en hélice α-amphipathique, structure souvent impliquée dans la déstabilisation des membranes cellulaires. La comparaison de sa structure obtenue par RMN à celle du domaine correspondant dans la structure cristallographique de la protéine native montre le réarrangement conformationnel de ce segment après maturation par la trypsine. Ces résultats ont été confirmés par deux mutants de synthèse, dont l’un est inactif pour la perméabilisation des membranes modèles. Ces travaux ont été complétés par des expériences de Résonance Plasmonique aux Ondes guidée (PWR). Des études par RMN du solide sont en cours afin de déterminer l’orientation du peptide dans les membranes modèles. En conclusion, nos résultats mettent en évidence l’importance du domaine C-terminal VP723 de la protéine VP7 dans la déstabilisation des membranes, permettant d’assurer la translocation de la particule virale infectieuse (DLP) de l’endosome vers le cytoplasme. Un modèle du mécanisme d’entrée du virus, médié par les peptides dérivés de la maturation par la trypsine de la glycoprotéine VP7 est proposé. / Rotaviruses belong to the Reoviridae family, belonging to the group III of dsRNA viruses. Identified in 1973 by Ruth Bishop, these non-enveloped viruses are the leading cause of severe diarrhea in young children worldwide. The icosahedral capsid is composed of three structural protein layers: the outer one, formed by the glycoprotein VP7, emerges spicules protein VP4, the intermediate one consists of VP6 protein representing nearly 50% of the weight of the virus and finally, the inner one called core, results from the assembly of proteins VP2, emerges towards the inside of proteins VP1 and VP3. The capsid contains a genome divided into 11 segments of dsRNA. To these six structural proteins are added nonstructural proteins involved in virus replication. The two structural proteins, VP4 and VP7, are involved in the interaction of the triple layer particle (TLP) to integrin receptors, necessary for the release of the infectious double layer particle (DLP) into the cytoplasm following the permeabilization of the membrane of the endosome compartments. Currently, unlike the mechanism of action of the protein VP5*, the glycoprotein VP7 remains unknown. The objective of this work was to understand the molecular mechanism involved in the destabilization of membranes by peptides derived from VP7. In a first step, we have shown, by in silico studies, the existence of a helical trans-membrane domain predicted containing a highly conserved arginine and lysine residues, located at the C-terminus of the VP7 glycoprotein. These results led to the synthesis of four peptides with which permeabilizing tests of model membranes were conducted. We have identified the minimum of the most active domain, named VP723, among the selected peptides. In a second step, we determined the structure of these peptides by NMR under conditions mimicking the hydrophobic environment of the membrane. The VP723 peptide is organized like an α-helical amphipathic structure often involved in the destabilization of cell membranes. The comparison of the structure obtained by NMR to that of the corresponding domain in the crystallographic structure of the native protein shows a conformational rearrangement of the segment after trypsin maturation. These results were confirmed by two synthetic mutants, one of which is inactive for the permeabilization of model membranes. These studies were complemented by experiments Plasmon Resonance guided the Waves (PWR). Studies by solid state NMR are in progress to determine the orientation of the peptide in model of membranes. In conclusion, our results highlight the importance of the C-terminal domain of the VP7 protein, named VP723, in the destabilization of membranes, to ensure the translocation of the infectious viral particle (DLP) from the endosome into the cytoplasm compartments. A mechanism of virus entry mediated by peptides derived from trypsin maturation of the VP7 glycoprotein is proposed in this study.