L'élimination des protéines est une étape clé lors de la production du vin blanc afin d'éviter l'apparition éventuelle d'un voile inoffensif mais inesthétique. Des solutions de rechange à l'utilisation de la bentonite sont activement recherchées en raison des problèmes technologiques, organoleptiques et de durabilité associés à son utilisation. Dans cette étude, MpAPr1, une protéase aspartique extracellulaire préalablement isolée et partiellement caractérisée à partir de la levure Metschnikowia pulcherrima, a été clonée et exprimée de manière hétérologue dans la levure Komagataella pastoris. Les propriétés enzymatiques de MpAPr1 ont été initialement caractérisées dans un extrait brut. Après plusieurs essais faisant appel à différentes techniques, MpAPr1 a été purifié avec succès par chromatographie échangeuse de cations. Son activité contre les protéines de raisin a été initialement testée dans une solution modèle dans des conditions environnementales optimales pour l'activité de MpAPr1 puis dans celles qui règnent lors de la vinification. Ensuite, l'activité de MpAPr1 a été évaluée dans du moût de raisin et au cours de la fermentation alcoolique. La présence de MpAPr1, supplémenté au moût de raisin, a entraîné une dégradation partielle des protéines de raisin tout au long de la fermentation et une légère différence dans la composition en composés volatils du vin. L'étude a confirmé que les protéases aspartiques pourraient représenter une alternative à la bentonite pour l'industrie du vin et que les levures non-Saccharomyces telles que M. pulcherrima pourraient avoir un impact bénéfique sur les propriétés du vin. / Protein removal is a key step during the production of white wine in order to avoid the possible appearance of a harmless but unsightly haze. Alternatives to the use of bentonite are actively sought because of technological, organoleptic and sustainability issues associated with its use. In this study, MpAPr1, an extracellular aspartic protease previously isolated and partially characterised from the yeast Metschnikowia pulcherrima, was cloned and expressed heterologously in Komagataella pastoris. Enzymatic properties of MpAPr1 were initially characterised in a crude extract. After several attempts using different techniques, MpAPr1 was successfully purified via cation exchange chromatography. Its activity against haze-forming grape proteins was initially tested in a model solution under optimal environmental conditions for MpAPr1 activity and under those occurring during winemaking. Thereafter, MpAPr1 activity was evaluated in grape must and throughout alcoholic fermentation. The presence of MpAPr1, supplemented to grape must, resulted in the partial degradation of grape proteins throughout fermentation and ultimately in a slight difference in the wine’s composition in volatile compounds. The study provides further evidence that aspartic proteases could represent a potential alternative to bentonite for the wine industry and that non-Saccharomyces yeasts such as M. pulcherrima could have a beneficial impact on wine properties.

La bioluminescence est un processus complexe dans lequel la réaction chimique d'un substrat, catalysée par une protéine, entraîne l'apparition d'une émission de lumière dans le spectre visible. Dans le cas des lucioles, un insecte émettant dans le domaine du jaune-vert, le substrat se nomme luciférine et la protéine luciférase. Cependant, la taille et la complexité de ce système chimique limite sa compréhension, notamment celle du mécanisme réactionnel.L'apport de la chimie théorique dans ce domaine est essentiel et a prouvé son utilité dans de nombreux cas. L'utilisation de la méthode QM/MM, méthode hybride couplant la mécanique quantique et la mécanique moléculaire permet de modéliser et d'étudier ces systèmes biologiques.Cette thèse se focalise sur deux approches différentes de l'étude de la bioluminescence chez les lucioles. La première consiste à étudier l'effet de certaines modifications chimiques sur la couleur de la bioluminescence. On s'intéresse plus particulièrement à un analogue de la luciférine et à certaines luciférases issues d'autres systèmes bioluminescents. Par cette étude on cherche à rationaliser et à prédire l'effet ainsi que l’impact de ces changements sur l’émission. Le deuxième sujet explore deux étapes du mécanisme réactionnel de la bioluminescence: d'une part, la coordination du dioxygène sur un intermédiaire de la réaction, une étape encore non étudiée et d'autre part la réaction de tautomérisation dans l'état excité et au sein de la protéine entre deux formes émissives possibles de la luciférine / The bioluminescence is a complex process that involves the reaction of a substrate, catalysed by an enzyme that sheds light in the visible spectra. In fireflies, the light emitted has a yellow-green tone thanks to the interaction between the substrate luciferin and the protein luciferase. However the size and the complexity of the system prevent its comprehension especially when dealing with the reaction mechanism.The use of computational chemistry is key to understand and improve the comprehension of the bioluminescence. The hybrid QM/MM method that combines quantum mechanics with molecular mechanics is a great tool to model and study bioluminescent systems.This thesis deals with two different approaches of the bioluminescence in fireflies. The first one is related to the study of chemical modifications that tune the emission colour. We will discuss about one analogue of the luciferin and on new luciferases from others bioluminescent species. The goals of this study are to rationalise and predict both the effect and the impact of these modifications on the emission. The second subject deals with two different steps of the bioluminescent mechanism. The first one discusses the binding of the dioxygen to the bioluminescent intermediate, which was so far unstudied and the second one about the tautomerization in the excited state and in the protein of two possible emissive forms of the luciferin

La nutrition azotée des bactéries et des plantes est actuellement un sujet de grande importance, notamment pour comprendre comment améliorer les voies métaboliques aboutissant à l’assimilation de l’azote et à plus grande échelle, optimiser des apports d’engrais et augmenter le rendement des cultures. Dans ce contexte, la réaction d’amidation catalysée par la glutamine synthétase (GS), qui fixe l’ammonium (NH₄)⁺ en glutamine, est cruciale car elle est à la fois le point d’entrée de l’azote dans les végétaux, et une étape-clef du recyclage de l’azote (en particulier, NH₄⁺ photorespiratoire). Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la cinétique enzymatique et au mécanisme chimique de la GS. Des systèmes analytiques (HPLC, RMN , GC-MS) ont  été optimisés pour permettre la mesure de l’activité enzymatique in vitro et pour réaliser des analyses par spectrométrie de masse à ratio isotopique. Avec ces techniques, nous avons pu regarder précisément les effets isotopiques ¹²C/¹³C, ¹⁴N/¹⁵N et H₂O/D₂O (solvant) lors de la catalyse, en utilisant la GS d’E. coli et d’Arabidopsis thaliana (GS1,2). Nos résultats montrent qu’il n’y a pas d’effet isotopique ¹²C/¹³C, mais qu’il y a un fractionnement ¹⁴N/¹⁵N de »16‰. En outre, il y a un effet inverse du solvant (réaction 1.5 à 2 fois plus rapide dans D₂O).  Cela suggère que la création de la liaison C----N (amidation) est partiellement limitante (engagement catalytique de »14% seulement) et que le réseau de ponts hydrogènes dans le site actif est crucial pour déterminer la vitesse de la réaction. L’apparition d’effets ¹⁴N/¹⁵N inverses dans certaines circonstances et les effets drastiques causés par une substitution du cofacteur métallique (Mg²⁺) suggèrent en outre que l’étape d’amidation peut être réversible et que la coordination par un métal joue un rôle très important pour stabiliser les intermédiaires de la réaction, en interaction avec le solvant. Ainsi, dans son solvant naturel qu’est H₂O, la GS réalise une réaction ‘chimiquement difficile’ (barrière énergétique élevée de l’amidation) rendue possible par le clivage de l’ATP et son caractère exergonique. / Nitrogen nutrition in bacteria and plants is currently an important topic, in particular to identify key points for metabolic improvements in N assimilation and more generally, to optimize fertilization and crop yield. In such a context, the amidation reaction catalyzed by glutamine synthetase (GS), which fixes ammonium (NH₄)⁺ into glutamine, is of crucial importance since it both represents the N entry in plants and the main step of N recycling (such as photorespiratory (NH₄)⁺. Here, we examined GS kinetics and chemical mechanism. Analytical methods (HPLC, NMR, GC-MS) have been set up so as to measure in vitro activities and isotopic abundance by isotope ratio mass spectrometry. These gave access to isotope effects (¹²C/¹³C, ¹⁴N/¹⁵N et H₂O/D₂O – solvent) during catalysis, with the GS from either E. coli or A. thaliana (GS1,2). Our results show that there no ¹²C/¹³C isotope effect but there is significant ¹⁴N/¹⁵N isotope fractionation of ca. 16‰. In addition, there is an inverse solvent isotope effect (reaction 1.5 to 2 times faster in D₂O). This suggests that forming the C----N bond (amidation) is partially rate-limiting (catalytic commitment of ca. 14% only) and the H-bond network in the active site is of substantial importance for the reaction rate. The occurrence of inverse ¹⁴N/¹⁵N isotope effects under certain circumstances as well as the drastic impact of changing the metal cofactor (Mg²⁺)) indicate that the amidation step can be reversible and that the coordination by the metal plays a key role in stabilizing reaction intermediates, by interfacing the solvent. In other words, in its natural solvent H₂O, the GS catalyses an intrinsically ‘difficult’ reaction (high energy barrier of amidation) made possible by both ATP cleavage and its exergonic nature.

Ce travail est consacré à l'étude phytochimique des feuilles, branches et des écorces de tronc d'Alphitonia xerocarpa et Alphitonia erubescens, ainsi que celle des fruits d'Alphitonia neocaledonica. Cette étude a permis d'isoler et d'identifier 48 composés dont 23 correspondent à de nouvelles molécules. Les composés isolés peuvent être classés en sept groupes : 2 stérols dont un glycosylés, 10 triterpènes, 19 saponosides, 12 flavonoïdes, un lignane glycosylé, trois glycosides phénoliques, et un nucléoside. La détermination structurale des composés isolés a été réalisée à l'aide des techniques spectroscopiques de RMN 1D & 2D et par la spectrométrie de masse ESI-MS.L'évaluation de l'activité anti-oxydante effectuée sur les différents extraits obtenus a montré une bonne activité des extraits hydro-alcooliques, seul l'extrait butanolique des fruits d'A. neocaledonica a donné une activité anti-tyrosinase intéressante dans le domaine dermato-cosmétique.Les tests biologiques menés en bactériologie et en toxicologie cellulaire a conduit à l'identification des composés ayant des activités importantes antibactérienne contre deux bactéries à Gram positif (CMI [4-32 µg/ml]) et antiproliférative contre les cellules KB (CI50 [2,6-7,9 µM/ml]).Ces plantes pourraient donc être une nouvelle source d'exploitation durable néo-calédonienne dans le secteur de l'industrie cosmétique ou/et pharmaceutique, car les composés actifs sont des produits majoritaires provenant des matières végétales régénérables (feuilles, branches et fruits). / A collaborative project between the institute of Molecular chemistry of Reims (ICMR, UMR CNRS 7312) and the laboratory of natural substances in New Caledonia was established with the purpose to improve the phytochemical and biological evaluation of New-Caledonia endemic plants.The purification of the extracts of the leaves, stem bark and branches of A. xerocarpa and these of the fruits of A. neocaledonica led to the isolation of 48 compounds, of which 23 are new ones. The structural elucidation by 1D and 2D NMR confirmed the presence of 2 phytosterols, 19 saponins, 10 triterpens, 12 flavonoids, three glycosylated phenols, an aurone derivative, a glycosylated lignan, and a nucleoside.All hydro-alcoholique extracts showed a good DPPH radical scavenging capacity, only the butanolic extract of the fruits of A. neocaledonica was found to have anti-tyrosinase potential.Other screening tests were performed to evaluate the antibacterial properties of isolated compounds; some of them showed a high antibacterial activity against Gram-positive bacteria with a range of MIC values between (4-32 µg/ml), and a good anti-proliferative activity against KB cells.

Dans ce mémoire nous discutons le développement de l’électrode de travail d’un bioréacteur électrochimique, dispositif permettant de synthétiser suivant un procédé dit de « Chimie Verte » des substances chimiques à haute valeur ajoutée. L’électrode de travail étant le siège de la synthèse électrocatalytique en jeu, l’optimisation de sa structure a été étudiée dans le but de maximiser l’aire de sa surface active. L’élaboration d’électrodes macroporeuses hautement organisées et de taille définie par les dimensions du prototype du réacteur pilote, a pu être obtenue en utilisant la méthode de Langmuir-Blodgett pour assembler le cristal colloïdal servant de template. La formation de ce dépôt organisé de colloïdes est suivie de l’électrodéposition du matériau d’électrode puis de la dissolution du template afin de révéler la structure macroporeuse. L’immobilisation de l’intégralité du matériel bio-électrocatalytique à l’intérieur des pores a été investiguée dans le but de prévenir la pollution du milieu contenant le produit final d’électrosynthèse par un des constituants redox et d’augmenter la durée de vie du dispositif. Ainsi, des couches ultra-minces de silice électrogénérée et des matrices de polymère électrodéposé ont été étudiées dans le but de préserver et d’optimiser l’activité enzymatique du système qu’elles encapsulent. Une attention particulière a été portée sur la qualité des dépôts au sein des structures poreuses. La procédure d’immobilisation des protéines rédox dans les matrices de silice et de polymère a été en outre associée à un jeu de construction moléculaire qui a permis par l’instauration de diverses interactions électrostatiques, de retenir toutes les espèces responsables de la catalyse à la surface de l’électrode. Enfin, dans le but d’intensifier les réactions catalytiques responsables de la synthèse à réaliser, des nano-particules d’ormodifiées par une couche monomoléculaire d’un médiateur redox ont été incorporées aux différents matériaux d’immobilisation permettant de ce fait d’augmenter les interfaces d’échanges électrochimiques entre matériau conducteur et biomolécules. L’insertion de ces nano-objectscombinée à la nanostructuration du matériau d’électrode a permis de multiplier par plus de 170 fois l’intensité des réactions enregistrées. / The present work deals with the development of the working electrode of an electrochemicalbioreactor. This device enables the green synthesis of high added value chemical compounds. As theelectrochemical synthesis is located at the interface of the working electrode, structural optimizationof this reactor key component is required in order to maximize the available active surface area.Elaboration of highly organized macroporous gold electrodes with a size required by the pilot reactordimensions were obtained with the Langmuir-Blodgett method that was used to assemble a colloidalcrystal as a template. The elaboration of the organized colloidal deposit is first followed by theelectrodeposition of the electrode material, then by the dissolution of the template. The immobilization of the complete bio-electrochemical system inside the electrode pores was investigated in order to prevent pollution of the final product medium by one of the catalytic chaincomponent. This also improves the device life time. Subsequently electrogenerated ultra-thin silicalayers and electrodeposited polymer matrices were studied in order to preserve and optimize the catalytic activity of the redox proteins. In order to enhance the electrocatalytic synthesis, mediatormodified gold nanoparticules were incorporated in the different immobilization matrices. This allowed to increase the area of the electrochemical interface. The combination of the nano-objectincorporation and electrode nano-structuring intensified by a factor of 170 the catalytic process. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Arbeitselektrode für einenelektrochemischen Bioreaktor, der die umweltfreundliche Synthese von wertvollen chemischenKomponenten ermöglicht. Da die elektrochemische Synthese an der Oberfläche der Arbeitselektrodestattfindet, ist es nötig, den strukturellen Aufbau der Schlüsselkomponente des Reaktors zuoptimieren und die aktive Oberfläche der Elektrode zu erhöhen. Mit Hilfe der Langmuir-BlodgettTechnik wurden kolloidale Kristalle erzeugt, die als Template dienten, um hochgeordnetemakroporöse Goldelektroden, deren Dimensionen von dem Pilotreaktor bestimmt wurden,herzustellen. Nach dem Erzeugen von geordneten kolloidalen Filmen wurde der Zwischenraumzwischen den Partikeln mittels elektrochemischer Abscheidung gefüllt und das Templateanschließend chemisch aufgelöst. In der Folge wurde die Immobilisierung des komplettenbioelektrochemischen Systems im Poreninnenraum untersucht, mit dem Ziel eine Verunreinigung desReaktionsmediums durch eine der katalytischen Komponenten zu verhindern. Die Lebensdauer derElektrode kann so zusätzlich erhöht werden. Es wurde untersucht, inwieweit durch elektrogenerierteultra-dünne Silikaschichten oder durch Elektroabscheidung erzeugte Polymerfilme die katalytischeAktivität der Redoxproteine erhalten und weiter optimiert werden kann. Goldnanopartikel, die miteinem Mediator modifiziert wurden, wurden in die jeweilige Immobilisationsschicht integriert, mitdem Ziel die Effizienz der elektrokatalytischen Synthese zu erhöhen. Auf diese Weise konnte dieaktive elektrochemische Oberfläche der Elektrode weiter erhöht werden. Die Kombination aus einernanostrukturierten Elektrode und Nanoobjekten die in die Immobilisationsschicht eingebettetwurden, führte zu einer Signalerhöhung des katalytischen Prozesses um mehr als eineGrössenordnung.

Cette thèse décrit le développement d’une gamme d’inhibiteurs de la protéase du VIH-1 et d’un oligomère bio-mimétique comportant en leur sein une ou plusieurs interactions réversibles entre une amine tertiaire et un carbonyle, appelée interaction NCO. Cette interaction est favorisée en milieu fortement protique polaire comme les milieux aqueux.Ces travaux ont permis de mettre au point une synthèse modulaire qui a donné lieu à l’obtention de 7 nouveaux candidats à l’inhibition de la protéase du VIH-1. Les modifications de synthèse ont notamment permis de travailler à de plus grandes échelles et d’apporter une grande versatilité à cette synthèse. Les candidats obtenus ont alors été testés in vitro et in cellulo avec une nouvelle méthode en collaboration avec Lorena Martinez et Pierre Falson, de l’Institut de Biologie et Chimie des Protéines (IBCP). Dans un deuxième temps, nous avons élaboré une nouvelle stratégie de synthèse d’un oligomère bio-mimétique. Plusieurs monomères et voies de synthèse ont été explorés et un tétramère a pu être isolé. Malheureusement, certains obstacles, notamment issus de la purification, ont limités les quantités obtenues ce qui n’a pas permis de pousser l’étude comportementale de ces oligomères. Les travaux présentés ici sont ceux de l’optimisation de la synthèse et des perspectives concernant ce sujet. Enfin ce manuscrit détaille le développement d’un nouveau procédé de synthèse permettant l’obtention de dérivés du 1,4,7-triazacyclononane présentant un motif de N-substitutions 2Ra/Rb, travail ayant abouti au dépôt d’un brevet. / This thesis relates the research performed on the design and synthesis of a new type of HIV-1 protease inhibitors and a new archetype of a bio-mimetic foldamer based on an unusual interaction, the NCO interaction. This interaction occurs between a tertiary amine and a carbonyl group in highly polar and protic media, such as aqueous media. The first half of my work focused on the development of a modular synthesis towards candidates for the inhibition of HIV-1 protease. This research enabled us to work on large scale and to be able to modify at will most of the candidates’ functions. Seven new inhibitors were isolated and tested in vitro and in cellulo with an original method, in collaboration with Lorena Martinez and Pierre Falson, from the Institute of Biology and Chemistry of Proteins (IBCP). The second half of my work was dedicated to the design of a new backbone for a bio-mimetic oligomer. A few strategies were explored and a monomer was chosen to be oligomerized. The coupling enabled the isolation of a tetramer. Unfortunately, serious purification issues limited the quantity of the previous tetramer and no foldamer study could be performed. The work presented here are the synthesis’ optimization and the perspectives to overcome the purification issues. In addition, a new process for the synthesis 1,4,7-triazacyclononanes displaying a 2Ra/Rb N-substitution pattern was developed from diethylenetriamine in only four steps. This work was patented during this PhD.

La prédiction de l'activité des phosphatases fongiques dans l'amélioration de la nutrition phosphatée doit prendre en compte les facteurs qui influencent leur fonctionnement dans les sols. L'objectif de cette thèse a été d'étudier divers facteurs qui pouvaient influencer l'efficacité des phosphatases de champignons ectomycorhiziens dans les sols. L'adsorption et l'activité à l'état adsorbé des phosphatases de Suillus collinitus et de Hebeloma cylindrosporum ont été étudiées avec plusieurs fractions de différents sols tropicaux. La persistance de l'activité de ces enzymes immobilisées sur les sols a également été étudiée. Ces phosphatases ont montré une diversité d'affinité avec les colloïdes des sols, liée surtout à leur origine et leurs caractéristiques. En outre, aucune relation n'a été établie entre l'adsorption et l'activité catalytique résultante, car il n'y avait généralement pas de perte d'activité à l'état adsorbé. L'une des enzymes qui à montré une dégradation rapide en solution suivant le temps d'incubation, a été protégée par les sols ferrallitiques mais pas par les vertisols. Des essais de purification et de caractérisation ont été faits sur ces échantillons de phosphatases fongiques. Les fractions de phosphatases de S. collinitus purifiées et retenues sur une colonne hydrophobe de chromatographie ont montré une activité en contact avec des argiles fortement supérieure à celle en solution. L'hypothèse d'une dimérisation produite à la surface des argiles a été avancée pour expliquer l'amplification inattendue d'activité catalytique à l'état adsorbé des fractions purifiées / The role of catalytic activity of fungal phosphatases in the improvement of the phosphorus nutrition cannot be reliably predicted without taking into account the factors which influence their behaviour in the soil. The objective of this thesis was to study various factors which could influence the effectiveness of ectomycorrhizal fungal phosphatases in soils. Adsorption and the activity in the adsorbed state of phosphatases produced by Suillus collinitus and Hebeloma cylindrosporum were studied in contact with several fractions of various tropical soils. The persistence of the activity of these enzymes immobilized on the soils was also studied. These phosphatases showed a diversity of affinity for soil colloids, due to their origin and their characteristics. Moreover, no relation was found between adsorption and the resulting catalytic activity; there was generally no loss of activity in an adsorbed state. One of the enzymes which underwent rapid degradation in solution was protected by the presence of ferrallitic soils but not by the vertisols. These fungic phosphatase samples were purified and partially characterized. The fractions of S. collinitus phosphatases retained on hydrophobic chromatography column showed enhanced activity in contact with mineral clays with respect to solution. The hypothesis of dimeerisation on the clay surfaces was advanced to explain the unexpected enhancement of catalytic activity in an adsorbed state of the purified fractions.

Les mycotoxines sont des métabolites secondaires des moisissures qui peuvent naturellement contaminer de nombreuses denrées alimentaires, notamment les céréales. Dans les travaux de thèse, nous nous sommes intéressés à deux mycotoxines majeures produites par des champignons du genre Fusarium, le Déoxynivalénol (DON) et la Fumonisine (FB). Les objectifs de la thèse ont été de déterminer les effets individuels et combinés d’une contamination en DON et FB chez le porc, une espèce cible et sensible aux mycotoxines. Les effets sur les fonctions immunitaires lors d’un challenge antigénique ainsi que sur les fonctions intestinales ont été évalués. Par ailleurs, dans le cadre d’un partenariat avec un industriel, nous avons évalué in vivo les effets de méthodes de détoxification par biotransformation et ciblant spécifiquement ces deux toxines. Chez le porc, l’ingestion d’aliments contaminés avec de faibles doses de mycotoxines (DON, 3 mg/kg ; FB, 6 mg/kg) a provoqué des lésions tissulaires (foie, reins et poumons) et a fortement altéré la mise en place d’une réponse immunitaire spécifique de l’antigène (expression des cytokines, prolifération des lymphocytes et anticorps spécifiques). Les animaux ont été significativement plus affectés après la consommation du régime co-contaminé, et l’interaction a pu être considérée comme additive. De plus, les paramètres intestinaux examinés ont révélé des changements dans la morphologie, dans le profil de sécrétion des cytokines et dans l’adhésion cellulaire. L’interaction des deux toxines a pu ici être caractérisée comme moins qu’additive. Les approches de détoxification biologique proposées par l’industriel étaient basées sur la transformation par voie enzymatique du DON et des FB, à partir d’un microorganisme entier et d’une enzyme respectivement. La stratégie d’élimination des FB a suscité un intérêt plus important étant donné que cette méthode est non commercialisée et en cours de développement. Ainsi, la toxicité du produit d’hydrolyse de la FB1 (mycotoxine principale de la famille des FB) obtenu initialement par traitement enzymatique, a été comparée in vivo à celle de la molécule mère la FB1. Les résultats ont montré que l’hydrolyse de la FB1 réduisait fortement la toxicité hépatique et intestinale chez les porcelets. L’expérimentation animale avec le DON et la FB, seuls ou en combinaison a ensuite été reproduite afin de déterminer l’efficacité d’hydrolyse de ce procédé chez le porc après incorporation de l’enzyme dans les aliments contaminés. Dans ces aliments, le microorganisme entier ciblant le DON avait également été inclus. La nette diminution du marqueur d’exposition des FB et la neutralisation partielle ou totale des effets ont suggéré que le procédé avait fortement réduit la biodisponibilité des FB dans le tractus gastro-intestinal. Cette observation a aussi été en partie confirmée pour l’approche de dégradation du DON. La biotransformation par voie enzymatique des mycotoxines représente ainsi une stratégie biotechnologique prometteuse dans la lutte contre ces contaminants. / Mycotoxins are secondary metabolites of fungi that are natural contaminants of several commodities, in particular cereals. In the present work, we focused on two major mycotoxins produced by the Fusarium genus, Deoxynivalenol (DON) and Fumonisin (FB). The main objectives of the thesis were to determine the toxic effects of individual and combined DON and FB contamination in pig, a target species highly sensitive to mycotoxins. The effects on the immune functions following an antigenic challenge and also on the intestinal functions were evaluated. Besides, within the framework of an industrial partnership, we evaluated in vivo the effects of detoxifying methods by biotransformation and targeting specifically these two toxins. In pigs, ingestion of contaminated feeds with low doses of mycotoxins (DON, 3 mg/kg ; FB, 6 mg/kg) triggered tissular lesions (liver, kidneys and lungs) and strongly impaired the establishment of the antigenic immune response (cytokines expression, lymphocytes proliferation and specific antibodies). Animals consuming the cocontaminated diet were more affected and the interaction could be considered as additive. In addition, changes in morphology, in profile of cytokines secretion and in cell adhesion were observed at intestinal level. The interaction here could be characterized as less than additive. The biological detoxification approaches proposed by the industrial were based on the transformation by enzymatic way of DON and FB, from intact microorganism and enzyme respectively. We paid a particular attention to the strategy of FB removal as this method is not marketed and still in development. Therefore, the toxicity of the hydrolysis product of FB1 (major mycotoxin in the FB group) initially obtained by enzymatic way, was compared in vivo to the toxicity of the parent compound FB1. Results showed that the hydrolysis of FB1 strongly reduced the toxicity in piglets at intestinal and hepatic levels. The animal experiment with DON and FB, alone or in combination was then repeated in order to determine in pigs the hydrolysis efficiency of this process when enzyme was incorporated in contaminated feeds. In these feeds, the intact microorganism toward DON was also included. The marked decrease of the biomarker of exposure to FB and the partial or total counteraction of the effects suggested that the process had greatly reduced the FB bioavailability in the gastrointestinal tract. This observation was also in part confirmed for the method degrading DON. The biotransformation method of mycotoxins by enzymatic way represents therefore a promising biotechnological strategy in the control of these contaminants.

La polyneuropathie amyloïde familiale à transthyrétine (FAP-TTR) est une maladie rare héréditaire à transmission autosomique dominante liée à la production de formes mutantes de la transthyrétine (TTR). Ces mutations sont à l’origine d’un changement de conformation de la protéine qui, in vivo, se présente sous forme de tétramère. Celui-ci est alors déstabilisé et évolue vers la formation de fibrilles amyloïdes qui s'accumulent au niveau du système nerveux autonome, des nerfs périphériques et des organes. Ces dépôts sont responsables de la pathologie. Dans le but d’évaluer l’efficacité des thérapies pouvant être mises en œuvre, nous avons développé des stratégies analytiques visant à concevoir un système « point of care » à usage hospitalier permettant de quantifier les formes mutante et native circulantes de la TTR. La méthodologie développée consiste à réaliser la séparation électrocinétique de fragments ciblés de la TTR, obtenus par digestion enzymatique de la protéine. Cette approche analytique a été développée en se focalisant sur une mutation fréquente en France : la TTR Thr49Ala où une thréonine est remplacée par une alanine en position 49. Au cours de cette thèse, deux types de microréacteurs enzymatiques ont été étudiés, i.e. (i) un lit fluidisé contenant des particules magnétiques fonctionnalisées par des molécules de trypsine et (ii) une puce monolithique à base de thiol-ène fonctionnalisée également par la trypsine. Le pouvoir catalytique de ces microsystèmes a été comparé en mesurant l’efficacité de digestion du BApNA (substrat modèle) et de la TTR à l’aide de méthodes analytiques telles que la spectrophotométrie d’absorption UV-Visible, l’électrophorèse capillaire couplée à une détection UV (EC-UV) et la chromatographie liquide couplée à la détection par spectrométrie de masse (UHPLC-SM). Les résultats obtenus ont montré que le microréacteur enzymatique monolithique à base de thiol-ène était le plus performant pour digérer la TTR. Par ailleurs, nous avons réalisé, au cours de cette étude, l’optimisation d’une méthode EC-UV, adaptée à l’analyse des digestats recueillis en sortie de microréacteur. Elle a permis de séparer et de quantifier les peptides d’intérêt pour déterminer le rapport de TTR mutante (Thr49Ala) sur TTR native. / Transthyretin familial amyloid polyneuropathy (TTR-FAP) is a hereditary rare disease with an autosomal dominant transmission, related to the production of mutant forms of transthyretin (TTR). These mutations lead to a conformational change of the protein whose in vivo form is a tetramer. As a consequence, this tetramer is destabilized and evolves towards the formation of amyloid fibrils that aggregate on the autonomic nervous system, peripheral nerves, and organs. These deposits are responsible for the pathology. In order to evaluate the efficiency of possible therapies, we developed analytical strategies aiming at designing a “point of care” system for hospital use, which would enable the quantification of circulating mutant and native forms of TTR. The methodology that we developed consists in undertaking the electrokinetic separation of targeted TTR fragments obtained through the enzymatic digestion of the protein. This analytical approach has been developed while focusing on a frequent mutation in France: the TTR Thr49Ala mutation in which a threonine is substituted by an alanine in position 49. In this thesis, two types of enzymatic microreactors have been studied, i.e. (i) a fluidized bed containing magnetic particles functionalized by trypsin molecules and (ii) a thiol-ene-based monolithic chip also functionalized by trypsin. The catalytic power of these microsystems has been compared by measuring the digestion efficiency of BApNA (model substrate) and TTR through analytical methods such as UV-visible absorption spectrophotometry, capillary electrophoresis with UV detection (CE-UV), and liquid chromatography with mass spectrometry detection (UHPLC-MS). The results showed that the thiol-ene-based monolithic enzymatic microreactor was the most efficient system to digest TTR. Besides, during this study, we undertook the optimization of a CE-UV method which is adapted to the analysis of digested sample collected directly out of the microreactor. This allowed us to isolate and quantify the peptides of interest to measure the ratio of mutant TTR (Thr49Ala) versus the wild one.

Depuis plusieurs années, il est devenu plus aisé de détecter et d’étudier les mécanismes biologiques in cellulo grâce aux techniques d’imagerie optique que sont la fluorescence, la bioluminescence et la chimiluminescence. Bien que la fluorescence soit la technique la plus employée de nos jours, la bioluminescence et la chimiluminescence, qui sont la conséquence d’une cascade de réactions (bio)chimiques, sont très étudiées depuis quelques décennies. En effet, elles permettent de contourner la source des problèmes rencontrés dans l’utilisation d’un fluorophore : la lumière excitatrice. La chimiluminescence est par conséquent une méthode de choix pour s’affranchir de l’auto-fluorescence tissulaire. Le 1,2-dioxétane est un des motifs chimiluminescent qui, par décomposition, peut générer un état excité sur un fluorophore auquel il est connecté, autorisant ainsi sa luminescence intrinsèque. Ainsi, le but de ce projet de thèse a été de développer et d’étudier des nouvelles sondes chémiluminescentes à motif 1,2-dioxétane à coeurs naphtolique et phénolique, compatibles avec le vivant pour une détection ciblée de complexes enzymatiques. La stratégie envisagée passait par la préparation d'une plateforme chimiluminescente comportant un motif 1,2-dioxétane thermiquement stable, sur laquelle il est possible de faire varier le déclencheur (i.e. possibilité d'adapter cette plateforme à l'analyte ou événement que l'on souhaite détecter) et d'accrocher un fluorophore NIR. Deux méthodes ont été tentées : d’une part une greffe d’une version hydrosoluble d’un fluorophore connu (i.e. le Nile red) pour réaliser un transfert d’énergie à travers les liaisons (i.e. TBET), et d’autre part un couplage à un complexe de lanthanide permettant un transfert d’énergie à travers l’espace (i.e. CRET). / Since several years, it is easier to exploit biological phenomena in cellulo through technologies dealing with bioimaging. This method gathers fluorescence, bioluminescence and chemiluminescence. Even though fluorescence is the most employed technic, bioluminescence and chemiluminescence, being the consequence of (bio)chemical reaction, have been widely studied for decades. In fact, they can avoid the main problems encountered in fluorophore use: exciting light. Chemiluminescence is thus the appropriate approach to avoid biological autofluorescence. 1,2-dioxetane is one of the moieties that, upon decomposition, can generate an excited state on a connected fluorophore, giving rise to its intrinsic luminescence. The aim of our project was to develop and study new 1,2-dioxetan chemiluminescent probes based on phenol or naphthol moieties, for targeted enzymatic complexes detection with in cellulo and in vivo bioimaging. The strategy relied on the synthesis of chemiluminescent scaffolds comprising thermally stable 1,2-dioxetan, on which the trigger and the connected NIR fluorophore can be easily diversified. Two methods have been attempted: 1) coupling to a water-soluble version of a known fluorophore (i.e. Nile red) allowing an energy transfer through bonds (i.e. TBET) 2) connection with a lanthanide complex giving rise to an energy transfer through space (i.e. CRET).