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Les alginates sont des polysaccharides naturels extraits des algues brunes, capables de réticuler instantanément en formant un gel au contact des ions calcium. L'objet de cette thèse est d'utiliser ces alginates au sein de formulations détergentes capables de dégraisser les surfaces de matériaux composites usinés. Les solutions détergentes sont spécifiquement formulées pour être compatibles avec les alginates afin d'empêcher leur dégradation tout en permettant leur réticulation après action détergente. La faisabilité du procédé a été démontrée et ses paramètres critiques ont été identifiés et étudiés.Le principal avantage de ce procédé est qu'il permet, contrairement aux solutions de dégraissage lessivielles traditionnelles, de ne pas gaspiller d'eau tout en offrant un moyen rapide et efficace de dégraisser les surfaces. / Abstract

L’obtention de la structure tridimensionnelle des protéines membranaires (PMs) est cruciale pour la chimie médicinale et la biochimie. Afin de maintenir les PMs en solution, et donc d’éviter leur agrégation, pour les études structurales et fonctionnelles, l’utilisation de détergents est indispensable. Cependant, la conformation des PMs en complexe avec les détergents pourrait être très différente de celle dans la membrane. Nous avons synthétisé une nouvelle famille de détergents, dans lesquels des carboxylates incorporés pourraient générer un réseau de ponts salins avec les acides aminés basiques des PMs, entraînant des interactions plus étroites qui pourraient préserver leur structure native. Les détergents dans lesquels la glycoconjugation a été réalisée par la réaction de cycloaddition d'azide-alkyne (CuAAC) catalysée par le Cu (I) ont montré une capacité remarquable à extraire, à stabiliser et à cristalliser les PMs étudiées. D'autre part, de nouveaux inhibiteurs efficaces d’ABCC2, une PM non cristallisée à ce jour, ont été identifiés par criblage : les 2-indolylméthylènebenzofuranones. De tels composés pourraient être considérés comme des outils pour étudier le rôle d’ABCC2 dans la pharmacocinétique des médicaments. / Understanding of tridimensional structure of membrane proteins (MPs) is crucial in medicinal chemistry and biochemistry. To maintain them in solution and consequently to prevent them from aggregation for structural and functional studies, utilization of detergents is indispensable. However, the conformation of MPs in complex with detergents could be very different from its membrane-embedded one. We synthetized new family of detergents, in which the incorporated carboxylates could generate a network of salt-bridges with basic-residue-enriched region of MPs, confer tighter interactions which could preserve their structural integrity. The detergents in which the glycoconjugation was achieved by Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) reaction showed remarkable capacity to extract, stabilize and crystallize studied PMs. On the other hand, novel inhibitors of ABCC2, a non-crystallized MP to date, were identified by screening: the 2-indolylmethylenebenzofuranones. Such compounds could be considered as useful tools to further investigate the role of ABCC2 in the pharmacokinetics of drugs.

Que ce soit à des fins de contrôle qualité ou de veille concurentielle, la déformulation (action d'identifier et de quantifier les constituants d'un produit) représente aujourd'hui un véritable challenge analytique dans de nombreux domaines industriels tels que les cosmétiques, la santé, les matériaux... Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés aux mélanges complexes que sont les produits détergents tels que les lessives qui représentent un marché en constante croissance et en perpétuelle évolution. Dans ce secteur, en effet, les réglementations sont de plus en plus drastiques et les consommateurs plus exigeants ce qui entraine le développement de nouveaux produits plus respectueux de l'environnement et de la santé intégrant des tensioactifs bio-sourcés et des enzymes. Les lessives pouvant contenir jusqu'à 25 composés différents, nous nous sommes focalisés sur l'analyse de leurs composés majoritaires que sont les tensioactifs et les enzymes. Après avoir élaboré une échantillothèque exhaustive de ces produits, la RMN du proton et la spectrométrie Raman ont été utilisées pour identifier et quantifier les tensioactifs et la spectrométrie de masse des rapports isotopiques (IRMS) pour l'évaluation de leur origine bio-sourcée. Les résultats obtenus ont montré l'intérêt du couplage de la spectroscopie Raman avec des méthodes chimiométriques d'extraction du signal comme l'ICA et la MCR-ALS pour identifier et quantifier les tensioactifs. L'IRMS a permis d'identifier les tensioactifs d'origine bio-sourcée ainsi que le type de plantes (C3 ou C4) utilisé comme matière première pour leur synthèse. Les enzymes utilisées dans la formulation d'une lessive commerciale ont pu être identifiées et quantifiées grâce à l'association d'une méthode de précipitation des protéines avec une analyse par LC-MS/MS. Ces développements analytiques contribuent à la mise en place d'une méthodologie de la déformulation des produits détergents / Deformulation of complex mixtures requires analytical methods for compound identification and quantification. It still represents a real analytical challenge in various industrial fields, such as cosmetics, health, food, materials. In this context, we studied complex mixtures such as detergents and especially, laundry detergents, that represent a constantly growing market. Regulations becoming stricter and consumers requiring more eco-friendly products, manufacturers constantly innove detergent formulations by using bio-based surfactants or enzymes. Laundry detergents containing up to 25 compounds, we focused on the analysis of their major components, i.e. surfactants and enzymes. After developing a comprehensive sample library of such raw materials, 1H NMR and Raman spectrometry were used for surfactant identification and quantification while Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) was tested to evaluate their bio-sourced origin. Raman spectrometry combined with chemometric tools such as signal extraction methods was useful for surfactant identification and quantification. Enzymes were identified and quantified using protein precipitation before analyses by LCMS/ MS. All these analytical developments contribute to the establishment of a deformulation strategy for detergent products

Les récepteurs couplés de protéines G (RCPG) sont des capteurs biologiques polyvalents responsables de la majorité des réponses cellulaires aux hormones et neurotransmetteurs ainsi que des sens de la vue, de l'odorat et du goût. La transduction des signaux est associée à un ensemble de changements dans la structure tertiaire des récepteurs entraînant l'activation de partenaires intracellulaires dont les protéines G. La dimérisation est un élément central du mode de fonctionnement des RCPG ; cependant, son influence sur la façon dont le signal est transmis est encore mal définie.Nous avons utilisé ici le récepteur BLT1 du leucotriène B4 comme modèle afin d'analyser les changements de conformation au cours de l'activation. Pour cela, nous avons produit le récepteur suivant une approche qui consiste à l'exprimer dans les corps d'inclusion bactériens puis à le renaturer à l'aide de détergents et/ou surfactants originaux. L'accès au récepteur purifié nous a permis de montrer que la protéine G induit une asymétrie dans les changements de conformation au sein de l'homodimère de BLT1. De plus, nous avons pu établir que l'activation de la protéine G se fait essentiellement par le protomère ayant fixé l'agoniste (cis-activation). Enfin, nous avons montré que la forme monomérique du récepteur est parfaitement capable d'induire l'activation de la protéine G, même si le dimère apporte une modulation de la réponse. Ceci indique qu'un monomère de récepteur possède tous les déterminants moléculaires nécessaires à la transmission du signal. L'ensemble de ces résultats apporte un éclairage nouveau sur la façon dont les dimères de RCPG fonctionnent et peuvent moduler la réponse biologique. / G-protein coupled receptors are versatile biological sensors that are responsible for the majority of cellular responses to hormones and neurotransmitters as well as for the sense of sight, smell and taste. Signal transduction is associated with a set of changes in the tertiary structure of the receptor that are recognized by the associated intracellular partners, in particular the G proteins. There is compelling evidence that GPCR can assemble as dimers but the way these assemblies function at the molecular level is still under investigation.We used here the leukotriene B4 receptor BLT1 as a model to analyze the conformational changes occurring during activation. To this end, we first produced the receptor in E. coli inclusion bodies and subsequently folded it back to its native state in vitro using original membrane mimetics. Using the purified dimeric receptor, we showed that (i) the G protein induces an asymmetric arrangement of the BLT1 homodimer where each of the protomers is in a distinct conformation, and (ii) the G protein is cis-activated, i.e. the protomer that binds the agonist also activates Gα. Finally, we brought evidence that, although the dimer fully activates its G protein partner, the monomer has per se all the molecular determinant for an efficient functioning. All these data are original evidence that sheds light into the way GPCR dimers are activated and in turn modulate G protein-mediated signaling.

La tuberculose reste l'une des maladies les plus meurtrières dans le monde et de nouvelles stratégies sont urgemment demandées pour combattre Mycobacterium tuberculosis (Mtb), l'agent éthiologique de la maladie. Les lipides jouent un rôle important dans le cycle de vie de la bactérie et sont largement présents dans sa membrane et son cytoplasme, où ils peuvent servir en tant que sources de carbone et d'énergie pour favoriser la pathogénicité et la survie pendant les phases d'infection et de persistance. Dans ce contexte, les rôles des enzymes lipolytiques restent mal définis et demandent à être davantage caractérisés. La première partie de ce travail de thèse a été consacrée à l'étude des douze enzymes de Mtb homologues à la lipase hormono-sensible humaine. Les effets du MmPPOX, un composé oxadiazolone très sélectif de cette famille de protéines, ont été évalués sur les enzymes recombinantes et directement in vivo sur Mtb et M. bovis BCG. Cet inhibiteur a démontré une activité antimycobactérienne, suggérant des rôles métaboliques importants pour ces enzymes. La seconde partie de ce travail a été consacrée à l'étude des mécanismes physico-chimiques dont dépendent fortement les inhibitions des lipases et des carboxylestérases in vivo, comme la présence de substrats et/ou de détergents. La spectrométrie de masse a également été introduite en tant qu'outil rapide et puissant pour caractériser les adduits [enzyme-inhibiteur]. Enfin, nous avons développé une approche de chimie protéomique pour capturer sélectivement des hydrolases à sérine à partir de milieux biologiques complexes. / Tuberculosis remains one of the deadliest diseases in the world and new strategies are urgently needed to combat Mycobacterium tuberculosis (Mtb), its etiologic agent. Lipids play an important part in the lifetime of the bacterium, as they are widely present in the membrane and stored in the cytoplasm, where they could be used as carbon and energy sources to promote pathogenicity and survival during infection and persistence. In this context, roles of lipolytic enzymes are still poorly understood and remain to be characterized. The first part of my work was devoted to the study of twelve Mtb enzymes homologous to the human hormone-sensitive lipase. Effects of MmPPOX, an oxadiazolone compound highly selective for this family of proteins, were investigated using recombinant enzymes and directly tested in vivo using Mtb and M. bovis BCG. This inhibitor demonstrated antimycobacterial activities, suggesting important metabolic roles for these enzymes. The second part of this work was devoted to the study of physico-chemical mechanisms on which lipase and carboxylesterase inhibition could strongly depend in vivo, like presence of substrates and/or detergents. Mass spectrometry was also introduced as a direct and powerful tool to characterize [enzyme-inhibitor] adducts. Finally, we developed chemical proteomics approaches to specifically capture serine hydrolases from complex biological media. We aimed to synthesize a grafted alkylphosphonate inhibitor on a solid support by assaying several grafting strategies and matrices of various chemical natures.

En raison de leur résistance aux agents chimiothérapeutiques, les transporteurs ABC de phénotype MDR ont attiré l'attention de la communauté scientifique. Notre projet vise à trouver des conditions dans lesquelles les transporteurs ABC restent fonctionnels en solution pour aboutir à la cristallisation de ces protéines dans une conformation active. Dans ce but, nous avons conçu et développé une nouvelle classe de détergents, à base de calix[4]arène, qui stabilisent ces protéines. Afin de résoudre la structure 3D à résolution atomique du transporteur ABC bactérien "BmrA", responsable de la résistance aux antibiotiques, nous avons utilisé une approche classique utilisant des détergents commerciaux en parallèle à nos détergents innovants. En présence de la Foscholine 12, nous avons obtenu des cristaux diffractant jusqu’à 5 Å de résolution. Cependant, les données de diffraction n’étaient pas suffisantes pour déterminer la structure tridimensionnelle complète de la protéine, seuls les domaines transmembranaires ont été résolus. D'autre part, nous avons atteint l'objectif de l'extraction, la purification et la stabilisation de ce transporteur à l'aide des détergents à base de calix [4] arène. Nous avons également montré que ces détergents promeuvent et améliorent la cinétique de cristallisation de BmrA, une étape que nous sommes en train d’optimiser, pour obtenir des cristaux de meilleure résolution, pour résoudre la structure 3D de BmrA qui sera utilisé pour concevoir des inhibiteurs adaptés / Due to their preponderance in the resistance to chemotherapies, the MDR ABC transporters have drawn the attention of the scientific community. Our project aimed at finding conditions in which ABC transporters are active in solution to lead the crystallization of these proteins in an active conformation. In this purpose, we conceived and developed a new class of detergents, based on calix[4]arene ring, that stabilize these proteins. In order to solve the 3D-structure to atomic resolution of bacterial ABC transporter “BmrA” responsible for antibiotic resistance, we used a classical approach with commercial detergents in addition to the innovative ones. We have crystallized the protein in presence of Foscholine 12 with a diffraction resolution up to 5 Å. The data was incomplete; solving partially the structure of the transmembrane domains. On the other hand, we have reached the objective of extraction, purification and stabilization of this transporter by using calix[4]arene-based detergents. We have also shown that these detergents promote and enhance the kinetics of crystallization of BmrA, a step that we are improving, to get crystals of better resolution, for resolving the BmrA 3D-structure which will be used to design adapted inhibitors

La maladie de Niemann-Pick de type C (NPC) est une lipidose lysosomale complexe due à une mutation d’un des gènes NPC1 ou NPC2, qui codent pour ces protéines localisées dans les compartiments endo-lysosomaux (LE/LY). Leur absence altère le trafic intracellulaire et induit l’accumulation du cholestérol (Chol) dans les LE/LY. De plus, l’AnxA6 semble participer au transport vésiculaire du Chol en interagissant avec les microdomaines membranaires enrichis en Chol, ou avec le Chol lui-même. Dans ce travail, nous avons isolé des microdomaines membranaires résistant au Triton X-100 (également appelés DRMs pour detergent resistant membranes) à partir de lignée cellulaire NPC L1 ou de cellules saines. Les fibroblastes NPC contiennent plus de DRMs que les fibroblastes sains. Ceci semble être corrélé aux problèmes de transport du Chol dans les cellules NPC. Nous avons aussi montré qu’en présence de calcium, une partie de l’AnxA6 est associé aux DRMs, suggérant que l’AnxA6 participe à l’organisation de la membrane et par ce bias à l’étiologie de la maladie de NPC. Nous avons alors analysé les interactions de l’AnxA6-1 avec les microdomaines riches en Chol ainsi que l’implication de sa région flexible et de la séquence VAAEIL dans ces interactions. Leurs interactions avec des monocouches de Langmuir constituées de phosphatidylcholine, Chol et/ou d’acétate de cholestéryle. Nos résultats montrent que l’AnxA6 a la plus grande affinité pour les monocouches contenant du Chol ainsi que l’implication du groupement hydroxyle du Chol lors de ces interactions. / The Niemann-Pick type C (NPC) disease is a lysosomal lipid storage disorder caused by mutations in one of the two genes NPC1 or NPC2 encoding proteins of the late endosome/lysosome compartment (LE/LY). Defect in these proteins alters vesicular transport and leads to abnormal accumulation of cholesterol (Chol) in LE/LY. There are some lines of evidence suggesting that annexin A6 (AnxA6) participates in vesicular transport of Chol and may interact with membrane domains enriched in Chol and bind Chol. In this work we characterized the membrane microdomains resistant to Triton X-100, i.e., detergent-resistant membranes (DRMs) isolated from NPC patient-derived fibroblasts and from control cells. NPC cells contain a significantly higher amount of DRMs than the control cells that is consistent with the defect in Chol turnover in NPC cells. We also studied the mechanism of AnxA6 involvement in the NPC-induced changes in the membrane organization and showed that in the presence of calcium some AnxA6 molecules associate with the DRMs. This suggests that AnxA6 may play a role in the membrane lateral organization, contributing thus to the etiology of NPC disease. We then focused on the interaction of AnxA6-1 with Chol-rich membranes and on the involvement of its flexible region and VAAEIL sequence in these interactions. For this purpose, kinetics of the interfacial adsorption of human recombinant AnxA6 to Langmuir monolayers containing phosphatidylcholine, Chol and/or cholesteryl acetate were measured. Our data suggest that AnxA6 exhibits the highest affinity to Chol-containing monolayers and that the hydroxyl group of Chol plays a pivotal role in the AnxA6-lipid interactions in vitro.

L'émergence du phénotype MDR (« multidrug resistance») des cellules cancéreuses est souvent corrélée à la surexpression de protéines membranaires appartenant à la superfamille ABC (« ATP binding cassette »). Ces protéines couplent l'hydrolyse de l'ATP au transport d'agents chimiothérapeutiques vers l'extérieur des cellules. Chez les bactéries, des transporteurs homologues ont été impliqués dans certains cas de résistance aux antibiotiques.<br />Deux nouveaux transporteurs ABC bactériens, Rv1747 de Mycobacterium tuberculosis et YheI/YheH de Bacillus subtilis, potentiellement impliqués dans la résistance aux antibiotiques, ont été étudiés ici en réalisant une expression hétérologue chez Escherichia coli et en isolant des vésicules de membrane inversées. Ce système s'est avéré inapproprié pour l'étude du transporteur Rv1747, à cause vraisemblablement des différences entre E. coli et M. tuberculosis dans l'usage des codons. En revanche, nous avons obtenu un degré important de surexpression de YheI/YheH qui nous a permis de caractériser son activité de transport et d'hydrolyse de l'ATP. Nous avons ainsi montré que les deux protéines, YheI et YheH, s'associent pour former un exportateur hétérodimérique capable de transporter de multiples drogues, et que le rôle des deux sous-unités n'est pas identique dans le mécanisme catalytique du transporteur. Enfin, nous avons réussi à purifier le transporteur YheI/YheH avec un rendement élevé et dans un état fonctionnel stable, permettant d'approfondir sa caractérisation biochimique ainsi que d'obtenir des cristaux bidimensionnels pour une étude structurale par microscopie électronique.

Notre projet vise à déterminer la structure 3D du transporteur BmrA de Bacillus subtilis. La protéine a été purifiée dans six détergents différents. L'utilisation de foscholine 12, a conduit à cristalliser OmpF, une porine de la membrane externe d'E. coli. Nous montrons que les conditions de cristallisation influencent directement l'empilement cristallin d'OmpF. Le protocole de purification de BmrA, optimisé en utilisant du triton X100 à l'extraction puis un mélange β-D-dodecyl maltoside-cholate pour les étapes chromatographiques nous a permis d'obtenir à 4°C des cristaux, pour lesquels nous avons vérifié qu'ils sont constitués de BmrA. Ces cristaux ont permis d'obtenir un jeu complet jusqu'à 7 Å. Ces données de diffraction constituent une avancée significative pour résoudre à court terme la structure 3D de BmrA. Nous avons développé une nouvelle méthode de dosage des détergents qui est basée sur la détermination par spectrométrie de masse de type MALDI du ratio d'isotopes deutérés/ protonés. La méthode a été validée avec la FC12, le DDM, le β-OG, le LMNG, le CHAPS, le cholate et des détergents calix[4]aréniques, en mesurant la concentration de ces détergents dans différentes conditions d'extraction/purification, de concentration, dialyse et gel filtration, de différentes protéines membranaires. Cette méthode nous a permis (i) d'estimer la taille de la ceinture de détergent associée à BmrA et d'autres protéines membranaires (ii) de moduler cette taille en fonction de mélange de détergents et (iii) d'apporter des informations sur le comportement des complexes protéine-détergent / Our project aims to determine the 3D structure of BmrA from Bacillus subtilis. The protein was purified in six different detergents. Using foscholine 12, led to crystallize OmpF, an outer membrane porin of E. coli. We show that the crystallization conditions directly influence the crystal packing of OmpF. The BmrA purification protocol optimized by using Triton X100 at the extraction and a mixture β-D-dodecyl-maltoside cholate for chromatographic steps allowed us to get to 4°C crystals, for which we verified they consist of BmrA. These crystals have yielded full data to 7 Å. These diffraction data are a significant advance in the short term to resolve the 3D structure of BmrA. We have developed a new detergents dosage assay which is based on the determination by MALDI-type mass ratio of deuterated isotopes / protonated. The method was validated with the FC12, the DDM, the β-OG, the LMNG, CHAPS, cholate detergents and calix [4] aréniques by measuring the concentration of these detergents in different conditions of extraction/ purification, concentration, dialysis and gel filtration, of different membrane proteins. This method allowed us (i) to estimate the size of the detergent belt associated to BmrA and other membrane proteins (ii) to modulate this size in terms of the detergent mixture and (iii) to provide information on the behavior of complex protein-detergent