Les protéines à cuivre jouent un rôle crucial dans de nombreux processus biologiques essentiels à la vie tels que la respiration. De nombreuses études ont été menées afin de décrypter le lien entre la structure de leur centre actif, les propriétés électroniques qui en découlent et la fonction de ces protéines.Les travaux réalisés au sein du laboratoire sur l’étude de la chaîne respiratoire d’un organisme acidophile, A. ferrooxidans, ont permis de mettre en évidence une protéine à cuivre (AcoP), appartement à la vaste famille des cuprédoxines, indispensable au fonctionnement de cette voie. Une approche pluridisciplinaire mêlant des méthodes de spectroscopies, d’électrochimie, de cristallographie aux rayons X combinée à des expériences de mutagénèse dirigée, a permis de dévoiler la présence d’un centre cuivre atypique associé à des propriétés électroniques et d’oxydoréduction rarement retrouvées au sein de cette vaste famille. Le rôle d’une telle protéine au sein de la chaîne respiratoire d’A. ferroxidans a par la suite fait l’objet de notre attention. AcoP interagit avec le cytochrome c et l’enzyme terminale de la chaîne respiratoire, la cytochrome c oxydase. L’étude du complexe cytochrome c – AcoPcytochrome c oxydase nous a permis de proposer un rôle d’AcoP dans le recrutement du cytochrome c au sein de ce complexe, ainsi que dans le transfert d’électron entre ces deux partenaires. Ces travaux de recherche démontrent que l’étude de la biodiversité permet non seulement la découverte de nouveaux systèmes permettant la vie dans des environnements extrêmes, mais également la découverte de nouvelles protéines aux propriétés remarquables. / Copper proteins play key roles in many biological processes, such as in respiratory chains. Although many studies have been carried out to decipher the relationship between their active site structure, electronic properties and function, these features are still not fully understood. Previous studies on the respiratory chain of an acidophilic organism, Acidithiobacillus ferrooxidans, have revealed the presence of a new copper-binding protein: AcoP. This cupredoxin is critical for the correct functioning of this respiratory pathway. Using site-directed mutagenesis and a wide-range of biophysical approaches, electrochemistry and X-ray crystallography, we can show that an unconventional copper-active site in AcoP might underlie its rare electronic and redox features. The function of such a protein in the respiratory chain of A. ferrooxidans has subsequently raised our curiosity. It was shown that AcoP interacts with cytochrome c and the cytochrome c oxidase. We showed that AcoP could act as a linker between the cytochrome c and the cytochrome c oxidase, by recruiting the former, and could also participate in the electron transfer between these two partners. This work shows how exploring biodiversity leads to the discovery of new systems that allow life in extreme environments, as well as of new proteins with remarkable features.

The work deals with the fuzzy classification of DNA sequences. In the first part the theory summarized information about Fuzzy logic and methods of its use in the classification of biological sequence data. The second part is practically deal with the classification algorithm for assessing the similarity of sequences. Specifically, the dividing of coding and non-coding parts of the sequence and the use of fuzzy classification in DNA barcoding.

Mgr. Daniela Fornuskova PhD thesis Biochemical and molecular studies of cytochrome c oxidase and ATP synthase deficiencies ABSTRACT The mammalian organism fully depends on the oxidative phosphorylation system (OXPHOS) as the major energy (ATP) producer of the cell. Disturbances of OXPHOS may be caused by mutations in either mitochondrial DNA (mtDNA) or nuclear DNA (nDNA). One part of the thesis is focused on the role of early and late assembled nuclear-encoded structural subunits of cytochrome c oxidase (CcO) as well as Oxa1l, the human homologue of the yeast mitochondrial Oxa1 translocase, in the biogenesis and function of the human CcO complex using stable RNA interference of COX4, COX5A, COX6A1 and OXA1L, as well as expression of epitope-tagged Cox6a, Cox7a and Cox7b, in HEK (human embryonic kidney)- 293 cells. Our results indicate that, whereas nuclear- encoded CcO subunits Cox4 and Cox5a are required for the assembly of the functional CcO complex, the Cox6a subunit is required for the overall stability of the holoenzyme. In OXA1L knockdown HEK-293 cells, intriguingly, CcO activity and holoenzyme content were unaffected, although the inactivation of OXA1 in yeast was shown to cause complete absence of CcO activity. In addition, we compared OXPHOS protein deficiency patterns in mitochondria from skeletal...

Mitochondria are the key source of vital ATP molecules, which are largely produced within cells by a system of oxidative phosphorylation (OXPHOS). Genetic defects affecting any of the components of the oxidative phosphorylation system or the structure and function of mitochondria lead to mitochondrial disorders, which occur at an incidence rate of 1 in 5000 live births. Cytochrome c oxidase (COX) is the terminal enzyme and electron acceptor of a respiratory chain that catalyses oxygen to produce a water molecule. In addition to complex I deficiency, isolated or combined COX deficiency is the most common respiratory chain defect in paediatric patients, and it can arise from mutations located either in mitochondrial DNA or in nuclear genes encoding the structural subunits or corresponding assembly factors of the enzyme complex. However, the molecular basis of COX deficiency remains elusive in many patients despite advances in the identification of an increasing number of mutations and genes involved in the disease. This thesis focuses on the identification of the genetic causes of mitochondrial diseases in a cohort of 60 unrelated Czech children with clinically and laboratory confirmed COX-deficiency. With the use of a high-resolution melting analysis mutation screen, four heterozygous sequence...

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Hintergrund: Der Morbus Wilson ist eine seltene, angeborene Störung des Kupferstoffwechsels, bei welcher es zu Akkumulationen von Kupfer und infolgedessen zu Schäden in verschiedenen Organen des menschlichen Körpers kommt. Die Therapie besteht vor allem darin, den Kupferspiegel medikamentös zu senken. In einzelnen Fällen wurde der Kupferspiegel während der Therapie so weit gesenkt, dass bei den Patient*innen neurologische Symptome auftraten (sogenannte Kupfermangel-Myeloneuropathien). Kupfer ist ein essenzieller Kofaktor mehrerer Enzyme im menschlichen Körper, so auch der Cytochrom-c-Oxidase, welche einen wichtigen Bestandteil der mitochondrialen Atmungskette und damit der zellulären Energiegewinnung darstellt. Die Bestimmung ihrer Aktivität ist bisher für verschiedene Zellen und Gewebe etabliert worden, ein standardisierter Assay für die Bestimmung in Thrombozyten existiert jedoch nicht. Fragestellung: Für die optimale Bestimmung der Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität in Thrombozyten sollen bereits existierende Methoden angepasst werden. Ziel dieser Arbeit ist es, die Aktivität der Cytochrom-c-Oxidase bei Morbus Wilson-Patient*innen unter kupfersenkender Therapie zu untersuchen und auf einen Zusammenhang zum Serum-Kupferspiegel zu prüfen. Die Frage, ob eine zu starke Kupfersenkung durch die Therapie des Morbus Wilson zu einer verringerten Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität führt und ob diese Myeloneuropathien hervorruft, soll somit beantwortet werden. Material und Methodik: Es wurden 36 Morbus Wilson-Patient*innen unter kupfersenkender Therapie und 20 gesunde Kontrollproband*innen untersucht. Es erfolgte eine Blutabnahme für die Gewinnung der Thrombozyten sowie für die Bestimmung des Serum-Kupferspiegels. Die Bestimmung der Aktivität der Cytochrom-c-Oxidase erfolgte spektralphotometrisch in Thrombozyten. Des Weiteren wurde die Aktivität des Komplex-II der Atmungskette bestimmt, da dieser nicht kupferabhängig ist und seine Aktivität daher bei Kupfermangel nicht eingeschränkt sein sollte. Zusätzlich ermöglichte die Berechnung des Quotienten der Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität und der Komplex-II-Aktivität die Erfassung sehr geringer Aktivitätseinschränkungen der Cytochrom-c-Oxidase. Im Rahmen dieser Dissertation wurde die spektralphotometrische Messung dieser beiden Enzymaktivitäten in Thrombozyten entwickelt und optimiert. Zur Justierung der Enzymaktivitäten bei unbekannter Mitochondrienmenge diente die Aktivität der ausschließlich in Mitochondrien vorkommenden Citratsynthase. Die so bestimmten Enzymaktivitäten wurden mittels SPSS zwischen Wilson-Patient*innen und Kontrollproband*innen verglichen und untereinander sowie mit dem Serum-Kupferspiegel auf Zusammenhänge untersucht. Ferner wurden die Morbus Wilson-Patient*innen klinisch auf Anzeichen für Myeloneuropathien untersucht, um die Untersuchungsergebnisse anschließend auf einen Zusammenhang zu der Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität zu prüfen. Ergebnisse: Der auf den Untersuchungen von Kirby et al. beruhende Assay für die spektralphotometrische Bestimmung der Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität in isolierten Mitochondrien konnte durch die Zugabe von 0,3 mM Dodecylmaltosid für die Messung in Thrombozyten erfolgreich optimiert werden. Ebenso wurde der Assay für die Komplex-II-Aktivität durch die Zugabe von 1 mg/ml BSA für die Bestimmung in Thrombozyten erweitert (Kirby et al., 2007). Die Aktivität der Cytochrom-c-Oxidase der Wilson-Patient*innen war signifikant niedriger als die der Kontrollgruppe, während die Kontrollgruppe eine signifikant höhere Komplex-II-Aktivität aufwies. Der Quotient von Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität und Komplex-II-Aktivität war in der Patient*innengruppe folglich ebenfalls signifikant erniedrigt. In der Analyse aller untersuchten Proben zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen Serum-Kupferspiegel und Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität, welcher in der Betrachtung der Subgruppen (Wilson Patient*innen und Kontrollproband*innen) jedoch nicht nachgewiesen werden konnte. Keiner der untersuchten Patient*innen wies klinische Anzeichen für Myeloneuropathien auf. Schlussfolgerung: Der optimierte Assay der Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität und Komplex-II-Aktivität in Thrombozyten erlaubt die zuverlässige Bestimmung der Atmungskettenaktivität in einem einfach zugänglichen Gewebe und ist damit für vielfältige Fragestellungen einsetzbar, wenn Einflüsse medizinischer Maßnahmen auf die mitochondriale Funktion untersucht werden sollen. Mit 36 Morbus Wilson-Patient*innen umfasst diese Arbeit eine der bisher größten untersuchten Patient*innengruppen dieses seltenen Krankheitsbildes. Der erniedrigte Quotient der Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität und Komplex-II-Aktivität ist als Bestätigung einer Cytochrom-c-Oxidase-Einschränkung bei Morbus Wilson-Patient*innen unter kupfersenkender Therapie zu werten. Die Korrelation zwischen dem Serum-Kupferspiegel und der Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität sowie die Aktivitätsreduktion der Cytochrom-c-Oxidase in der Patient*innengruppe ist eine wichtige Erkenntnis für die zukünftige Überwachung und gegebenenfalls Anpassung der Therapie von Morbus Wilson. Der Zusammenhang zwischen der Cytochrom-c-Oxidase-Aktivität und Myeloneuropathien sollte an Patient*innen mit Myeloneuropathien weiter untersucht werden. Es wurde jedoch gezeigt, dass Kupfermangel und niedrige Cytochrom-c-Oxidase-Aktivitäten nicht unbedingt mit Myeloneuropathien einhergehen. Therapie-induzierte Kupfermangel-Myeloneuropathien gilt es weiterhin zu vermeiden. / Background: Wilson’s disease is a rare, congenital disorder of copper metabolism, which leads to accumulations of copper and consequent damage in various organs of the human body. The therapy consists mainly in lowering the copper level by medication. In individual cases, the copper level was lowered during the therapy to such an extent that the patients developed neurological symptoms (so-called copper deficiency myeloneuropathies). Copper is an essential cofactor of several enzymes in the human body, including cytochrome c oxidase, which is an important component of the mitochondrial respiratory chain and thus of cellular energy production. The determination of its activity has been established so far for various cells and tissues, but a standardized assay for its determination in platelets does not exist. Purpose: For the optimal determination of cytochrome c oxidase activity in platelets, existing methods will be adapted. The aim of this work is to investigate the activity of cytochrome c oxidase in Wilson’s disease patients under copper-lowering therapy and to test for a correlation to serum copper levels. The question of whether excessive copper lowering by Wilson’s disease therapy leads to reduced cytochrome c oxidase activity and whether this possibly causes myeloneuropathies will thus be answered. Material and Methods: 36 Wilson’s disease patients under copper-lowering therapy and 20 healthy control subjects were studied. Blood was drawn for platelet collection and determination of serum copper levels. The activity of cytochrome c oxidase was determined spectrophotometrically in platelets. Furthermore, the activity of complex II of the respiratory chain was determined, since this is not copper-dependent and its activity should therefore not be limited in copper deficiency. In addition, calculation of the quotient of cytochrome c oxidase activity and complex II activity allowed detection of very low activity limitations of cytochrome c oxidase. In this dissertation, the spectrophotometric measurement of these two enzyme activities in platelets was developed and optimized. The activity of citrate synthase, which occurs exclusively in mitochondria, was used to adjust the enzyme activities when amount of mitochondria was unknown. The enzyme activities determined in this way were compared between Wilson’s disease patients and control subjects using SPSS and examined for correlations with each other and with serum copper levels. Furthermore, the Wilson’s disease patients were clinically examined for signs of myeloneuropathies, in order to subsequently examine the examination results for a correlation to the cytochrome c oxidase activity. Results: The assay for spectrophotometric determination of cytochrome c oxidase activity in isolated mitochondria, based on studies of Kirby et al, was successfully optimized for measurement in platelets by the addition of 0.3 mM dodecylmaltoside. Similarly, the assay for complex II activity was enhanced by the addition of 1 mg/ml BSA for determination in platelets (Kirby et al., 2007). The activity of cytochrome c oxidase of Wilson patients was significantly lower than that of the control group, with the control group had a significantly higher complex II activity. Consequently, the quotient of cytochrome c oxidase activity and complex II activity was also significantly lower in the Wilson patient group. A significant correlation between serum copper level and cytochrome c oxidase activity was found in the analysis of all samples examined, which, however, could not be proven in the examination of the subgroups (Wilson patients and control subjects). None of the patients examined showed clinical signs of myeloneuropathies. Conclusion: The optimized assay of cytochrome c oxidase activity and complex II activity in platelets allows reliable determination of respiratory chain activity in an easily accessible tissue and is thus applicable to a variety of questions when influences of medical interventions on mitochondrial function are to be investigated. With 36 Wilson's disease patients, this work includes one of the largest groups of patients of this rare disease studied so far. The decreased quotient of cytochrome c oxidase activity and complex II activity is a confirmation of cytochrome c oxidase impairment in Wilson’s disease patients on copper-lowering therapy. The correlation between serum copper level and cytochrome c oxidase activity as well as the reduction of cytochrome c oxidase activity in the patient group is an important finding for future monitoring and, if necessary, adjustment of Wilson’s disease therapy. The relationship between cytochrome c oxidase activity and myeloneuropathies should be further investigated in patients with myeloneuropathies. However, it has been shown that copper deficiency and low cytochrome c oxidase activities are not necessarily associated with myeloneuropathies. Therapy-induced copper deficiency myeloneuropathies should continue to be avoided.

L’acidose lactique du Saguenay-Lac-St-Jean, ou syndrome de Leigh de forme canadienne-française (LSFC), est une maladie mitochondriale neurodégénérative causée par des mutations du gène LRPPRC et caractérisée par des crises d’acidose menant au décès en bas âge. On ne comprend pas encore les causes exactes de ces crises, et aucun traitement n’est actuellement disponible. L’objectif de cette étude a été de comparer le profil des métabolites sanguins et urinaires chez des sujets LSFC et des témoins, avant et après un repas, par une approche métabolomique ciblée. Le projet s’inscrit dans une démarche à long terme visant l’identification de biomarqueurs prédictifs des crises, permettant d'intervenir plus rapidement afin d’éviter le décès. Les échantillons biologiques ont été prélevés chez 9 sujets atteints du LSFC et 9 témoins appariés, à jeun et 90 minutes après un repas standardisé. Les analyses incluent un bilan biochimique et hormonal, un profil des acides aminés, des acides gras, des acides organiques et des acylcarnitines. Les métabolites significativement modifiés chez les patients peuvent être classés en deux catégories : (i) le reflet d’une dysfonction mitochondriale, et plus particulièrement de l’accumulation d’équivalents réduits en amont de la chaîne respiratoire, et (ii) des indices de risque cardiométabolique, qui s’observent davantage chez les patients adultes malgré leur jeune âge. Ainsi, il serait intéressant d’inclure au traitement des stratégies visant la diminution des facteurs de risque cardiométabolique, notamment par une modification des habitudes de vie. Notre étude démontre la pertinence d’avoir recours à la métabolomique dans l’étude des désordres de la phosphorylation oxydative. / L’acidose lactique du Saguenay-Lac-St-Jean, ou syndrome de Leigh de forme canadienne-française (LSFC), est une maladie mitochondriale neurodégénérative causée par des mutations du gène LRPPRC et caractérisée par des crises d’acidose menant au décès en bas âge. On ne comprend pas encore les causes exactes de ces crises, et aucun traitement n’est actuellement disponible. L’objectif de cette étude a été de comparer le profil des métabolites sanguins et urinaires chez des sujets LSFC et des témoins, avant et après un repas, par une approche métabolomique ciblée. Le projet s’inscrit dans une démarche à long terme visant l’identification de biomarqueurs prédictifs des crises, permettant d'intervenir plus rapidement afin d’éviter le décès. Les échantillons biologiques ont été prélevés chez 9 sujets atteints du LSFC et 9 témoins appariés, à jeun et 90 minutes après un repas standardisé. Les analyses incluent un bilan biochimique et hormonal, un profil des acides aminés, des acides gras, des acides organiques et des acylcarnitines. Les métabolites significativement modifiés chez les patients peuvent être classés en deux catégories : (i) le reflet d’une dysfonction mitochondriale, et plus particulièrement de l’accumulation d’équivalents réduits en amont de la chaîne respiratoire, et (ii) des indices de risque cardiométabolique, qui s’observent davantage chez les patients adultes malgré leur jeune âge. Ainsi, il serait intéressant d’inclure au traitement des stratégies visant la diminution des facteurs de risque cardiométabolique, notamment par une modification des habitudes de vie. Notre étude démontre la pertinence d’avoir recours à la métabolomique dans l’étude des désordres de la phosphorylation oxydative.

Introdução. A identificação dos flebotomíneos baseia-se principalmente na morfologia do adulto, o que pode ser problemático quando as espécies são morfologicamente muito semelhantes. Psychodopygus é um gênero de flebotomíneos de grande interesse em saúde pública devido ao papel de algumas espécies na veiculação de Leishmania spp. no Brasil. No entanto, este gênero inclui espécies com fêmeas morfologicamente indistinguíveis que pertencem à Série Chagasi, sendo elas: P. chagasi, P. complexus, P. squamiventris maripaensis, P. squamiventris squamiventris e P. wellcomei. Objetivos. Investigar a possibilidade de distinguir essas espécies por meio de análises morfométrica e molecular, além de produzir uma distribuição geográfica atualizada para o grupo analisando a probabilidade de ocorrência das espécies através da análise de modelagem de nicho ecológico. Material e Métodos. Foi realizada a análise discriminante na morfometria geométrica (cabeça e asa) e linear, morfologia (usando microscopia óptica e eletrônica de varredura) e a análise do citocromo c oxidase subunidade 1 (COI), avaliando-se um total de 752 espécimes (460 fêmeas e 292 machos) dos seguintes estados Amapá, Amazonas, Ceará, Mato Grosso, Pará, Rondônia, Roraima e Tocantins. Mapas de distribuição foram produzidos através de dados obtidos do material analisado e de revisão bibliográfica. Resultados. A análise discriminante usando caracteres morfométricos lineares mostrou-se capaz de diferenciar todas as espécies, exceto P. complexus, que apresentou 2,2% de erro de identificação. A morfometria geométrica das asas foi incapaz de separar completamente as espécies através da conformação, mas o tamanho do centróide dos espécimes fêmeas falhou apenas em distinguir P. complexus de P. s. maripaensis. Por outro lado, a morfometria geométrica das cabeças foi capaz de distinguir todas as espécies com grande eficiência ao usar tanto a forma como o tamanho do centróide. A análise morfológica revelou que a coloração torácica, principalmente do pronoto e do pós-noto, pode ser usada para separar as cinco espécies em três grupos: P. chagasi, P. wellcomei / P. complexus e P. s. mariapaensis / P. s. squamiventris. Os resultados da análise de DNA Barcoding, mostraram um agrupamento semelhante ao observado na morfologia; embora os espécimes de P. wellcomei do estado do Ceará mostrem uma grande distância genética da população do estado do Pará, evidenciando que essa espécie possa representar um complexo. Quanto à microscopia eletrônica de varredura, foram avaliadas detalhadamente as estruturas das antenas, tórax e genitália masculina. Salientamos que no anepímero (tórax) foi observada uma escama tipo \"raquete\" modificada apenas em Psychodopygus s. squamiventris. A revisão da distribuição geográfica mostrou que as espécies possuem uma distribuição cis-andina, ocorrendo principalmente no bioma Amazônico. A nítida separação de algumas espécies pelo rio Amazonas, sugere que o surgimento do grupo ocorreu no período que se estende da orogênese dos Andes até a formação deste rio. Conclusões. O estudo possibilitou diferenciar completamente as fêmeas das cinco espécies da Série Chagasi utilizando o conjunto de dados obtidos por morfometria linear e geométrica e análises morfológicas e também apresentar novos caracteres morfológicos e padrões distribucionais que facilitarão a identificação de machos e fêmeas dessas espécies. / Introduction. The identification of sand flies is mainly based on adult morphology, which can be problematic when species are morphologically very similar. Psychodopygus is one of the sand fly genera of great interest in public health, due to the role of some species in the transmission of Leishmania spp. in Brazil. However, this genus includes species with morphologically indistinguishable females that belong to the Chagasi series, which includes: P. chagasi, P. complexus, P. squamiventris maripaensis, P. squamiventris squamiventris and P. wellcomei. Objectives. To investigate the possibility of distinguishing among these species by means of morphometric and molecular analyses in addition to producing an updated geographical distribution for the group, analyzing the probability of the occurrence of the species by the analysis of ecological niche modeling. Material and methods. The analyses of the cytochrome c oxidase subunit 1 (COI), geometrical (head and wing) and of linear morphometry and morphology (using optical microscopy and scanning electron microscopy) were carried out using a total of 752 specimens (460 females and 292 males) from the following states: Amapá, Amazonas, Ceará, Mato Grosso, Pará, Rondônia, Roraima e Tocantins. Distribution maps were produced on the basis of data obtained from the material analyzed and a bibliographical review. Results. The discriminant analysis using linear morphometric characters was able to differentiate among all the species, except for P. complexus, which presented a 2.2% error of identification. The geometric morphometry of the wings was unable to completely separate the species by means of the shape analyses, but the centroid size of the female specimens only failed to distinguish P. complexus from P. s. maripaensis. Otherwise, the geometric morphometry of the heads was sufficient to distinguish all the species with great efficiency, when using both the head-shape and the centroid size. The morphological analysis revealed that the thoracic coloration, mainly of the pronotum and the post-notum, can be used to separate the five species into three groups: P. chagasi, P. wellcomei / P. complexus, P. s. mariapaensis / P. s. squamiventris. The results of the Barcoding DNA analyses showed a cluster similar to that observed in the morphology; however, P. wellcomei specimens from the Ceará population showed a great genetic distance from the population of Pará, evidencing that this species may represent a complex. As for the scanning electron microscopy, the structures of the antennae, thorax and male genitalia were evaluated in detail. In the anepimerum (thorax) a modified \"racket\"-type scale was observed only in Psychodopygus s. squamiventris. The review of the geographical distribution showed that the species have a cis-Andean distribution, occurring mainly in the Amazonian biome. The separation of some species from the others by the Amazon river suggests that the appearance of the Chagasi series occurred in the period from the orogenesis of the Andes to the formation of this river. Conclusions. The results clearly differentiate the females of the five species of the Chagasi series using the data set of linear and geometric morphometry and morphological analyses, providing new morphological and distributional data that will facilitate the identification of the males and females of this group.

La phosphorylation oxydative est un processus majeur du métabolisme énergétique qui est catalysée par les enzymes de la chaîne respiratoire (OXPHOS), localisées dans la membrane interne des mitochondries. Sa dérégulation est souvent associée à des pathologies, par exemple aux maladies mitochondriales et neurodégénératives. La régulation de la phosphorylation oxydative par la phosphorylation reste encore peu comprise et peu étudiée. Pourtant, la phosphorylation est une des modifications post-traductionnelles les plus répandues dans la cellule, régulant de nombreux aspects de la vie cellulaire et dont l’altération est associée à des pathologies au niveau cellulaire (Alzheimer, Parkinson, cancer). Concernant la phosphorylation oxydative, il est à noter que quelques sites de phosphorylation des complexes respiratoires, en particulier du complexe IV, ont été montrés comme ayant un effet sur leur stabilité et/ou leur activité. Toutefois la connaissance du phosphoprotéome mitochondrial n’est pas suffisamment documentée à ce jour pour identifier les différents rôles que pourraient jouer la phosphorylation au niveau de la mitochondrie et en particulier, de la chaîne respiratoire. Dans la première partie de la thèse, nous nous sommes intéressés à l’analyse du phosphoprotéome mitochondrial de Saccharomyces cerevisiae dans trois conditions de culture : respiratoire (YLAC), respiro-fermentaire (YPGalA) et fermentaire (YPGA). Nous avons quantifiés près de 300 sites de phosphorylation dans la mitochondrie, dont 90 ont un niveau de phosphorylation variable selon le substrat. Les données que nous avons obtenues constituent une base pour l’analyse de la phosphorylation mitochondriale et de la compréhension de son mécanisme. Les sites de phosphorylation de la voie métabolique énergie sont ceux présentant le plus de variation de leur niveau de phosphorylation. La localisation des résidus phosphorylés sur la structure des complexes respiratoires nous a permis d’émettre des hypothèses sur le rôle de ces résidus. Afin de normaliser la quantité des résidus phosphorylés dans les trois conditions de culture, nous avons aussi quantifié le protéome mitochondrial dans les trois conditions de culture. Ceci nous a permis d’argumenter en faveur d’un métabolisme respiro-fermentaire en YPGalA, question encore largement discutée à ce jour. Enfin, cette première étude quantitative du protéome et phosphoprotéome mitochondrial constitue une avancée dans l’étude de la régulation de la mitochondrie par la phosphorylation. Elle peut notamment apporter des informations applicables à l’étude du cancer : en effet, les cellules saines ont un métabolisme respiratoire tandis que les cellules tumorales, dérégulées, ont un métabolisme fermentaire. La seconde partie de la thèse concerne l’analyse du rôle de deux sous-unités du complexe IV de la chaîne respiratoire : les sous-unités Cox12p et Cox13p, encore peu étudiées à ce jour. De plus, deux sites de phosphorylation ont été identifiés sur la sous-unité Cox12p. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au rôle de ces sous-unités, notamment au niveau de l’assemblage et de l’activité du complexe IV, en analysant des mutants Δcox12, Δcox13 et Δcox12Δcox13. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au rôle des deux sites de phosphorylation de Cox12p : Ser7 et ser82. Nous avons généré les mutants phosphomimétiques de ces deux résidus et étudié leurs effets sur la stabilité et/ou l’activité du complexe IV. Cette seconde étude nous a notamment permis d’identifier un rôle de Cox12p sur la stabilité du complexe et un rôle de Cox13p dans sa dimérisation. La phosphorylation de Cox12p au niveau de la Ser7 semble aussi déstabiliser le complexe IV. De plus, la phosphorylation de la Ser7 et de la Ser82 semblent influencer l’interaction du cytochrome c avec le complexe IV. Cette hypothèse reste à vérifier mais est pertinente du fait de la proximité de Cox12p avec Cox2p, qui porte le lieu de fixation du cytochrome c. / Mitochondria are the powerhouses of cells, providing energy in the form of adenosine triphosphate (ATP). The synthesis of ATP is achieved by oxidative phosphorylation (OXPHOS), a process catalyzed by the respiratory chain, which is located in the inner membrane of mitochondria. Deregulation of OXPHOS is often associated to diseases. Deregulation is particularly observed in mitochondrial diseases and neurodegenerative diseases, but regulation of respiration by phosphorylation is still poorly understood.However, phosphorylation is one of the most frequent post-translational modifications in the cell, modulating most processes, and defects at a cellular level are observed in some diseases (Alzheimer, Parkinson, cancer). Moreover, some phosphorylation sites have been identified in the respiratory complexes, particularly in the complex IV; some of them have an effect on the stability and/or activity of the complex, but we still lack a comprehensive study about mitochondrial phosphoproteome. Such analysis would be necessary to extend the role of phosphorylation in the regulation of mitochondrial functions in general, and in the regulation of the respiratory chain in particular.In the first part of this thesis, we focused on the analysis of the mitochondrial phosphoproteome of Saccharomyces cerevisiae. We studied the mitochondrial phosphoproteome in three growth conditions: in the respiratory condition (YLAC), in the fermentable condition (YPGA) and in an intermediate one (YPGalA). We quantified around 300 mitochondrial phosphorylation sites in which 90 displayed a different level of phosphorylation according to the substrate. This study is a first step towards understanding mitochondrial phosphorylation and its mechanism. Phosphorylation sites with varying levels of phosphorylation according to their conditions are mostly located on proteins involved in energy metabolism. We localized the phosphosites on the structure of the respiratory complexes when it was possible. This allowed us to make hypotheses on the role of these residues. In order to normalize the quantity of phosphorylation sites in the three growth conditions, we also studied the mitochondrial proteome in the three conditions. These results helped us to understand the energetic metabolism of galactose, which is surely intermediate between respiration and fementation, a question still debated nowadays.Finally this proteomic and phosphoproteomic study is a step forward in the comprehension of regulation of mitochondria by phosphorylation. These results can be used as a model to study cancer cells because they display a deregulation in the energetic metabolism: normal cells display respiratory metabolism whereas cancer cells exhibit fermentable metabolism.The second part of this thesis was the study of two subunits of complex IV of the respiratory chain: Cox12p and Cox13p, which had been poorly studied. Moreover, two phosphorylation sites had been identified in the subunit Cox12p. First we were interested in the role of these two proteins, thus we compared the mitochondria of mutants Δcox12, Δcox13 et Δcox12Δcox13 with wild-type mitochondria. We particularly focused on the assembly and the activity of complex IV. Secondly, we analyzed the role of the two phosphosites of Cox12p: Ser7 and Ser82. We generated phosphomimetic mutants of these two residues and observed their effects on the stability and/or activity of complex IV.All of these results allowed us to identify a role of Cox12p in the stability of complex IV and a role of Cox13p in the dimerization of complex IV. Phosphorylation of Ser7 of Cox12p seemed to destabilize the complex. Moreover phosphorylation of both Ser7 and Ser82 of Cox12p seemed to modify the interaction between cytochrome c and complex IV; this hypothesis remains to be tested but is relevant according to the proximity between Cox12p and the subunit Cox2p, where the cytochrome c interacts.

La cytochrome c oxydase (CcO) est un complexe protéique commun à tous les organismes aérobies. Elle catalyse la réduction de l’oxygène en eau au niveau d’un site catalytique qui contient un atome de fer hémique et un atome de cuivre (CuB). La famille de ces oxydases est ainsi appelée super famille des oxydases à "hème-cuivre". Malgré le grand nombre d’études réalisées au sujet de l’activité catalytique des CcO, le déroulement exact des étapes de leur mécanisme reste encore mal connu. Afin de mieux cerner le problème de la relation structure-activité de cette hémoprotéine, deux approches distinctes et complémentaires ont été abordées : l’étude du système naturel et l’approche biomimétique. Les propriétés électroniques et vibrationnelles de certains intermédiaires du cycle catalytique de la cytochrome c oxydase ont été caractérisées par spectroscopies UV-Visible, de fluorescence résolue en temps et infrarouge. L’analyse du site actif de la CcO par des substitutions isotopiques du CuB, ainsi que l’influence du pH sur la structure de cet enzyme sont discutées. La deuxième partie de ce travail concerne l’étude du rôle de l’environnement proche de l’hème sur la réactivité des complexes FeII-CO et FeII-O2 grâce à une série de modèles superstructurés du centre binucléaire Fe/Cu de la CcO. Ces analogues synthétiques conservent l’hème, la ligation fer-histidine du site proximal et le ligand complexant le cuivre du site distal de la CcO, mais se différencient notamment par leur environnement autour de l’atome de cuivre et par leur rigidité. Deux techniques ont été utilisées: la spectroscopie ATR-IRTF et la photochimie dans le cas d’espèces carbonylées. / Cytochrome c Oxidase (CcO), a member of the heme-copper oxidase superfamily, is a membrane protein in many aerobic organisms, that catalyses the reduction of dioxygen to water. Dioxygen binding and reduction occurs at a heterobinuclear site that is comprised of a heme a3, and a copper atom (CuB) in close proximity. Despite, the CcO has been the subject of numerous biophysical and spectroscopic investigations, the detailed molecular mechanism of CcO remains still elusive. In order to better define the structure-function relationship for this hemoprotein, two distinct and complementary approaches have been employed: the study of the natural system and the biomimetic approach.Structural changes accompanying the change in the redox state of some CcO intermediates have been characterised by UV-Visible, ATR-FTIR and time-resolved fluorescence spectroscopies. The study of the cytochrome c oxydase active site modified with isotopic substitutions of CuB, and the effect of pH on the structure are discussed. The second part of this work is related to study the role of environment on the reactivity of FeII-CO et FeII-O2 complexes by exploiting a series of superstructured models of the binuclear Fe/Cu active site of CcO. Based upon a porphyrin core, all these models have the iron-histidine ligation of the proximal site and the copper ligand of the distal site of CcO but they differ strongly by the environment around the copper and their rigidity.