Thèse de doctorat : Chimie Informatique et Théorique : Nancy 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Les tannins sont des polymères de polyphénols présents en quantité significative dans le vin rouge, et responsables de l’astringence et de l’amertume. L’astringence est une sensation de sècheresse et de rugosité en bouche résultant d’une forte interaction entre les tannins et les protéines de la salive impliquées dans la lubrification de la cavité buccale. L’amertume, quant à elle, est un goût stricto sensu résultant de l’interaction spécifique des tannins avec les récepteurs du goût situés dans les papilles linguales. Des études récentes ont montré que les tannins sont susceptibles d’interagir avec les lipides. Or les lipides sont présents lors de la dégustation d’un vin comme composants des membranes buccales ou des aliments gras. Cependant, le rôle des lipides dans les perceptions sensorielles d’un vin n’est pas bien connu d’un point de vue œnologique. L’objectif de cette thèse était d’étudier au niveau moléculaire les interactions tannin-lipide, pour mieux comprendre leur rôle dans les propriétés gustatives du vin. Le présent travail décrit l’effet de deux entités représentatives des tannins du vin : un monomère, la catéchine, et un dimère, la procyanidine B1, sur deux modèles lipidiques. Le premier modèle est un modèle membranaire représenté par des vésicules multilamellaires composées de POPC/Cholestérol (70/30), qui mime la composition lipidique des membranes buccales. Le deuxième modèle est une émulsion huile dans l’eau (H/E) stabilisée par le DMPC, qui mime les gouttelettes lipidiques présentes dans les aliments gras. L’organisation et la dynamique des lipides composant ces deux modèles ont été étudiées par la spectroscopie RMN (1H, 2H, 13C) en présence et en absence des deux entités de tannins. Leur localisation dans les membranes lipidiques a également été explorée, de même que leur affinité pour les lipides avec la détermination des constantes d’association tannin-lipide. Les résultats ont mis en évidence un effet fluidifiant des tannins à la fois sur le modèle de membranes buccales et sur le modèle de gouttelettes lipidiques. On a démontré que cet effet de désordre est lié à la nature chimique des tannins, ainsi qu’à leur position dans la membrane. De plus, les résultats sur l’affinité tannin-lipide sont en faveur d’une compétition avec les protéines salivaires. En outre, les résultats de biophysique se sont avérés conformes avec ceux d’une analyse sensorielle menée en parallèle qui a révélé que les aliments gras sont susceptibles de diminuer l’astringence du vin. Ces travaux montrent l’impact des composés phénoliques sur l’ordre membranaire et soulignent pour la première fois un rôle potentiel des lipides sur le goût du vin. D’une part, les interactions tannin-lipide, en perturbant l’environnement lipidique des récepteurs du goût enchâssés dans les membranes buccales, pourraient affecter la fonctionnalité du récepteur et son interaction avec les tannins, et donc l’amertume. D’autre part, une éventuelle compétition entre les interactions tannin-lipide et tannin-protéine de la salive pourrait diminuer l’astringence durant la dégustation d’un vin. Dans le domaine de l’œnologie, cette thèse vient étayer le ressenti des dégustateurs à savoir la modification du goût du vin due aux aliments et ouvre de nouvelles perspectives dans le cadre de l’association mets-vins. / Tannins are polyphenol polymers present in significant amounts in red wine responsible for astringency and bitterness. The former is a tactile perception involving dryness and roughness in the mouth due to the interaction between tannins and saliva proteins and the latter is a primary taste due to the interaction between tannins and taste receptors in taste buds. Tannins are now known to also interact with lipids. Although not present in wine, lipids are yet present during tasting in the oral membranes of tasters and in fatty foods when wine is consumed during a meal. However, although the influence of lipids is well known to wine tasters through food pairing, there is no scientific evidence to support this hedonic feeling. The aim of the thesis is to study tannin-lipid interactions at molecular level in order to better understand their implication in wine gustative properties. The present work describes the effect of the main representative grape tannin subunits, the catechin monomer and the B1 dimer, both on a model of oral membranes and food fat globules. They are represented by a dispersion of POPC/cholesterol multilamellar vesicles and a olive oil in water emulsion stabilized by DMPC as emulsifier, respectively. The organization and dynamics of the lipids composing these two models were investigated by solid-state NMR spectroscopy (1H, 2H, and 13C) in the absence and the presence of the two tannin subunits. The affinity of tannins for lipids was also explored by the determination of the thermodynamic association constant. The results pointed out a fluidizing effect of tannins both on the membrane model, as previously shown on a simpler membrane model, and on the emulsion lipid droplets. The disorder caused by tannins was shown to be related to their location in the lipid structure depending on the tannin chemical nature. Moreover, the strength of the interaction between tannins and membrane lipids was revealed to be in the same order of magnitude of that between tannins and saliva proteins. In addition, the biophysical results were in accordance with those of a sensory analysis led in parallel that revealed that fatty foods are prone to decrease wine astringency. These pioneering works shows the impact of phenolic compound on membrane order and highlight for the first time the potential role of the tannin-lipid interactions on wine taste. On the one hand, by disrupting the lipid environment of taste receptors embedded in oral membranes, tannin-lipid interactions could affect the receptor functionnality and therefore the interaction with tannin molecules, so bitterness. On the other hand, the existence of a possible competition between lipids and saliva proteins for interacting with tannins during tasting could reduce astringency.

La gaine de myéline joue un rôle essentiel dans l'efficacité de la conduction électrique des impulsions nerveuses dans le système nerveux central et le système nerveux périphérique. Afin de mieux comprendre le rôle de la myéline dans les maladies auto-immunes qui affectent le système nerveux, l'influence des protéines MBP-C1, MBP-C8 (une forme mutante) et P2 sur la structure de la membrane a été étudiée par diffraction neutronique, et sur sa dynamique par diffusion neutronique élastique incohérente (EINS) et diffusion neutronique quasi-élastique (QENS). Les expériences ont révélé que des changements de structure se produisent dans les membranes de myéline modèles dans la région de température couvrant les transitions de phase des lipides. Par des mesures de diffraction neutronique, on a observé que les protéines MBP-C1 et P2 affectent profondément la structure des membranes de myéline reconstituées, révélant des changements importants dans la bicouche de la phase liquide. Une variété de comportements dynamiques fonctions de la température sont également observés par EINS dans le modèle des membranes de myéline: une transition entre un régime harmonique vers un régime non harmonique en raison des rotations du groupe de méthyle est suivie par d'autres transitions induites par la transition de phase gel-liquide de la bicouche et de la fusion de l'eau d'hydratation. MBP-C1 s'avère réduire la dynamique de la membrane, augmentant la température à partir de laquelle la première transition se produit et réduisant la dynamique dans la phase de gel. Ces résultats sont en adéquation avec les mesures par QENS qui montrent une réduction de la dynamique de la membrane dans la phase de gel induite par MBP-C1. Au contraire, dans la phase liquide, MBP-C1 s'avère accroître les mouvements de diffusion observés par QENS, ce qui est consistant avec l'observation des changements de la structure bicouche induits par MBP-C1 dans la phase liquide: en raison de l'élargissement de l'espace à l'intérieur de la bicouche, causé par la protéine MBP-C1 qui pénètre dans la bicouche, les lipides pourraient avoir augmenté leur degré de liberté. Aucune différence significative sur les mouvements observés de la membrane entre les effets de MBP-C1 et sa forme modifiée MBP-C8 associée à de multiples scléroses n'a été observée dans cette étude. Par ailleurs, on a démontré que les protéines MBP-C1 et P2 agissent de façon fortement synergique et il se pourrait qu'elles s'associent à l'intérieur de la membrane. Leur capacité à réduire la dynamique de la membrane dans la phase liquide est considérablement accrue quand les deux protéines sont présentes. Un modèle est proposé dans lequel les protéines associées influencent des grandes parties de la membrane en améliorant l'adhésion entre les bicouches par leurs fortes interactions électrostatiques et par un effet de synergie sur leur empilement.

La gaine de myéline joue un rôle essentiel dans l'efficacité de la conduction électrique des impulsions nerveuses dans le système nerveux central et le système nerveux périphérique. Afin de mieux comprendre le rôle de la myéline dans les maladies auto-immunes qui affectent le système nerveux, l'influence des protéines MBP-C1, MBP-C8 (une forme mutante) et P2 sur la structure de la membrane a été étudiée par diffraction neutronique, et sur sa dynamique par diffusion neutronique élastique incohérente (EINS) et diffusion neutronique quasi-élastique (QENS). Les expériences ont révélé que des changements de structure se produisent dans les membranes de myéline modèles dans la région de température couvrant les transitions de phase des lipides. Par des mesures de diffraction neutronique, on a observé que les protéines MBP-C1 et P2 affectent profondément la structure des membranes de myéline reconstituées, révélant des changements importants dans la bicouche de la phase liquide. Une variété de comportements dynamiques fonctions de la température sont également observés par EINS dans le modèle des membranes de myéline: une transition entre un régime harmonique vers un régime non harmonique en raison des rotations du groupe de méthyle est suivie par d'autres transitions induites par la transition de phase gel-liquide de la bicouche et de la fusion de l'eau d'hydratation. MBP-C1 s'avère réduire la dynamique de la membrane, augmentant la température à partir de laquelle la première transition se produit et réduisant la dynamique dans la phase de gel. Ces résultats sont en adéquation avec les mesures par QENS qui montrent une réduction de la dynamique de la membrane dans la phase de gel induite par MBP-C1. Au contraire, dans la phase liquide, MBP-C1 s'avère accroître les mouvements de diffusion observés par QENS, ce qui est consistant avec l'observation des changements de la structure bicouche induits par MBP-C1 dans la phase liquide: en raison de l'élargissement de l'espace à l'intérieur de la bicouche, causé par la protéine MBP-C1 qui pénètre dans la bicouche, les lipides pourraient avoir augmenté leur degré de liberté. Aucune différence significative sur les mouvements observés de la membrane entre les effets de MBP-C1 et sa forme modifiée MBP-C8 associée à de multiples scléroses n'a été observée dans cette étude. Par ailleurs, on a démontré que les protéines MBP-C1 et P2 agissent de façon fortement synergique et il se pourrait qu'elles s'associent à l'intérieur de la membrane. Leur capacité à réduire la dynamique de la membrane dans la phase liquide est considérablement accrue quand les deux protéines sont présentes. Un modèle est proposé dans lequel les protéines associées influencent des grandes parties de la membrane en améliorant l'adhésion entre les bicouches par leurs fortes interactions électrostatiques et par un effet de synergie sur leur empilement. / The myelin sheath is essential for efficient electrical conduction of nerve impulses in the central and in the peripheral nervous system. To gain insight into the role of myelin, in autoimmune diseases that affect the nervous system, the influence of the myelin protein MBP-C1, a mutated form MBP-C8, and P2 on the membrane structure was investigated using neutron diffraction and on the membrane dynamics using incoherent elastic (EINS) and quasielastic neutron scattering (QENS). The experiments revealed that structural changes occur in the model myelin membranes across the temperature region covering the lipid phase transitions. The myelin proteins MBP-C1 and P2 are shown to strongly affect the structure of the model myelin membranes, shown by neutron diffraction measurements revealing significant changes in the bilayer spacing in the liquid phase. A range of distinct dynamical behaviours are observed by EINS in the model myelin membranes as a function of temperature: a first transition from a harmonic to an anharmonic temperature regime, assigned to methyl group rotations, is followed by further transitions induced by the gel-liquid phase transition of the bilayer and melting of the hydration water. MBP-C1 is shown to reduce the dynamics of the membrane, increasing the temperature at which the first transition occurs, and reducing the dynamics in the gel phase. These results were in agreement with quasielastic neutron scattering measurements, which showed a reduction of confined diffusive motions of the membrane in the gel phase induced by MBP-C1. In contrast, in the liquid phase, MBP-C1 was found to enhance diffusive motions, revealed with QENS, which is consistent with the observed changes to the bilayer structure that are induced by MBP-C1 in the liquid phase: due to the widening of the interbilayer space caused by MBP-C1, which penetrates into the bilayer, the lipids may have increased their conformational freedom. Any significant difference between the effects of MBP-C1 and its modified form MBP-C8, which is associated with multiple sclerosis, on motions of the membrane, investigated by QENS, were not identified in this study. It was demonstrated that both proteins MBP-C1 and P2 act in a highly synergistic manner and may associate within the membrane. Their ability to reduce the membrane dynamics in the liquid phase is considerably enhanced when both proteins are present. A model is proposed in which the associated proteins influence large fractions of the membranes by promoting adhesion between the bilayers through their strong electrostatic interactions and by their synergistic stacking effect.

Certains processus biologiques tels que le transport vésiculaire sont régulés par des motifs qui guident les protéines vers les membranes courbées. L'un d'entre eux est le motif ALPS (Amphipathic Lipid Packing Sensor) qui reconnaît les défauts de packing provoqués par la courbure convexe de la membrane. Dans ce travail, nous combinons des simulations de dynamique moléculaire (DM) et des expériences de dichroïsme circulaire (CD) pour comprendre ce phénomène à l'échelle moléculaire. Les simulations de DM nous ont permis de caractériser et de quantifier les défauts de packing entre les lipides. Nous montrons que les défauts de packing provoqués par la courbure membranaire sont similaires à ceux provoqués par l'introduction de lipides coniques dans une bicouche plate composée de lipides cylindriques. En examinant l'interaction du motif ALPS avec une membrane contenant de tels défauts, nous montrons que l'insertion précoce de ce motif à la membrane est guidée par l'insertion de ses gros résidus hydrophobes dans des défauts pré-existants. Les expériences de CD et les simulations de DM avec échanges de répliques indiquent que les défauts facilitent le repliement du motif ALPS en une hélice alpha partielle. Enfin, les expériences de CD nous ont permis d'explorer la thermodynamique d'insertion du motif ALPS en fonction de la composition lipidique. Notre travail suggère que la composition de séquence particulière du motif ALPS ainsi que son faible taux d'hélicité jouent un rôle dans la reconnaissance des défauts de packing, donc de la courbure.