Différentes classes d’enzymes hydrolytiques (α- et β-amylases) et phosphorolytiques (amidon-phosphorylases) des α-glucanes sont impliquées dans le métabolisme de l’amidon dans la feuille d’Arabidopsis thaliana. Pas moins de 9 β-amylases, 3 α-amylases et 2 glucane-phosphorylases ont été répertoriées dans le génome de cette plante. Afin de leur attribuer une fonction précise, une étude phénotypique complète de lignées mutantes pour les formes plastidiales de ces enzymes a été menée au cours de ce travail. Chaque isoforme d’amylase a également été croisée avec un double mutant d’enzymes de branchement, be2- be3-, qui est totalement dépourvu d’amidon et accumule du maltose de manière inhabituelle. Afin de préciser l’implication de chaque forme d’amylase pour la production de ce maltose, le contenu en maltose des triples mutants a été analysé. Nos résultats nous permettent de conforter l’hypothèse d’une fonction de régulation de BAM4. Les perturbations observées dans les mutants bam1- et bam8- montrent l’importance de ces enzymes dans le métabolisme de l’amidon. Enfin, les résultats obtenus avec le mutant aam3- ne nous révèlent rien de sa fonction. L’analyse de l’α-glucane phosphorylase plastidiale PHS1 a été couplée à celle du mutant ss4- (une forme d’amidon synthétase soluble) et du double mutant ss4- phs1-. En effet, on observe au sein de ce double mutant des grains d’une taille 4 à 5 fois supérieure à ceux de la souche sauvage ainsi qu’une très forte augmentation de la quantité d’amidon. Les résultats nous indiquent que PHS1 est impliquée dans la dégradation de l’amidon, n’attaquant pas le grain natif, et qu’elle est similaire à ses homologues des plantes supérieures. / Different classes of α-glucans hydrolytic (α- and β-amylases) and phosphorolytic enzymes are implicated in starch metabolism in Arabidopsis thaliana leaves. At least, 9 β-amylases, 3 α-amylases and 2 α-glucan phosphorylases are listed in this plant genome. In order to allocate them a precise function, a complete phenotypic study of mutant lines for plastidial forms of these enzymes was investigated. Each isoform of amylase studied was crossed with a double mutant of branching enzymes, be2- be3-, wich is free of starch and accumulating maltose which is unusual in this plant. In order to specify the implication of each form of amylase for the production of maltose in the be2- be3- mutant, maltose content of the triple mutants was analyzed. Our results allow us to strengthen the hypothesis of a regulating function of BAM4. Alterations observed in mutants bam1- and bam8- show us importance of these enzymes in starch metabolism. Finally, results obtained from analysis of aam3- mutant don’t reveal anything about its function. Analysis of plastidial α-glucan phosphorylase PHS1 was coupled with that of the mutant ss4- (a form of soluble starch synthase) and the double mutant ss4- phs1-. In fact, in this double mutant we observed starch granules 4 to 5 fold bigger than those of the wild-type strain and a strong increase of starch content. Results obtained show that PHS1 is implicated in starch degradation, don’t breaking native granule directly, and that it is similar to phosphorylases of land plants.

Erwinia chrysanthemi est une entérobactérie phytopathogène responsable de la formation d'une pourriture molle sur un large spectre de plantes hôtes. Sa virulence dépend principalement de la sécrétion d'exoenzymes (dont les pectinases et cellulases) qui vont dégrader la paroi des cellules végétales. L'objectif de cette thèse est de participer à la compréhension du rôle du périplasme dans la perception de l'environnement par la bactérie. Nous avons caractérisé génétiquement et biochimiquement le locus gan codant 9 protéines impliquées dans le transport et la dégradation des ß-galactanes (un des composants de la pectine). Les OPG (glucanes périplasmiques osmorégulés) sont essentiels pour la virulence d'E. chrysanthemi puisqu'un mutant opgG incapable de les synthétiser présente un phénotype pléïotrope dont la perte de virulence. Une mutation suppressive de la mutation opgG localisée dans le gène rcsC a été obtenue au laboratoire. Nous avons voulu préciser le rôle du système à deux composants RcsCDB dans le pouvoir pathogène de la bactérie. La mutation rcsC2 conduit à une diminution de la phosphorylation du régulateur RcsB due à une augmentation de l'activité phosphatase de RcsC. Pourtant RcsB n'est pas essentielle pour la virulence. Nous avons également montré que l'expression des gènes régulés par le système RcsCDB est influencée par la quantité des OPG. Une faible surexpression d'une version soluble de RcsF engendre une activation du système Rcs et que la faible surexpression de DjlA et IgaA n'a pas d'effet significatif. Enfin, nous avons entrepris de caractériser la structure de RcsF par mutagenèse dirigée. / Erwinia chrysanthemi is a phytopathogenic enterobacterium causing soft rot disease in a wide range of plant species. The maceration of plant tissues is essentially caused by the secretion of a set of plant cell wall degrading enzymes (including pectinases and cellulases). The aim is to participate to the understanding of the role of the periplasm in environment perception by bacteria. We characterised genetically and biochemically the gan locus encoding 9 proteins involved in galactan transport and catabolism (galactan is a pectic component). Osmoregulated periplasmic glucans (OPGs) are essential for E. chrysanthemi pathogenicity. An opgG mutant lacks OPGs and shows a pleiotropic phenotype including nonvirulence. A rcsC point mutation (rcsC2) suppresses the phenotype induced by OPGs defect. We wanted to clarify the role of the Rcs system in pathogenicity. The rcsC2 mutation leads to the reduction of transcriptional activity of RcsB caused by an increase of phosphatase activity of RcsC. Mutations in RcsCDB proteins show that RcsB is not essential to virulence. We have shown that genes expression regulated by RcsCBD phosphorelay is influenced by the quantity of OPGs in the periplasm. An ectopic overexpression of a soluble version of RcsF leads to a RcsCDB phosphorelay activation, while an ectopic overexpression of DjlA and IgaA has no significatives effects. Finally, we have characterized RcsF structures by site-directed mutagenesis and deletion mutagenesis.

Les ?-(1,3)-glucanes se rencontrent chez diverses espèces végétales et ont été reconnus pour leurs activités immunostimulantes chez les mammifères, ainsi que leur rôle dans le système de défense des plantes. Le premier chapitre de ce manuscrit est un rappel bibliographique sur les glycoside-hydrolases et, particulièrement sur les glycosynthases, et présente également une introduction aux "glucan-binding proteins", enzymes impliquées dans la reconnaissance des ?-glucanes, ainsi qu'un état des lieux des connaissances acquises sur les ?-(1,3)-glucanes et ?-(1,3)-gluco-oligosaccharides. Le deuxième chapitre décrit le travail réalisé au CERMAV (Grenoble), afin de disposer des outils nécessaires à l'étude des mécanismes d'action des ?-(1,3)-glucanes et des ?-(1,3)-gluco-oligosaccharides. Une méthode de synthèse de ?-(1,3)-gluco-oligosaccharides linéaires, de DP contrôlé, à l'aide de la ?-(1,3)-glucosynthase GII E231G, ainsi que la synthèse d'un substrat fluorescent destiné au dosage d'activité endo-?-(1,3)-glucanase, ont été mises au point. Le troisième chapitre traite des ?-glucan-binding proteins, et décrit le travail effectué à l'institut botanique de la LMU (Munich), dans le cadre du projet de recherche européen SACC-SIG-NET (n°HPRN-CT-2202-00251). Cette recherche concerne d'une part, l'étude de la ?-glucan-binding protein de Glycine max, et a permis de déterminer pour la première fois le mécanisme moléculaire d'hydrolyse d'une glycoside-hydrolase appartenant à la famille GH-81. D'autre part, un travail de clonage de la famille de gènes Gbps de Medicago truncatula, plante modèle pour les Fabacées, a été réalisé.

Les glucanes périplasmiques osmorégulés (OPG) sont des oligomères de glucose retrouvés chez la plupart des Proteobacteries. Le squelette glucosidique peut être substitué par différents types de molécules selon les espèces. Ces glucanes sont un des facteurs commun de virulence de nombreuses bactéries zoo- et phyto- pathogènes telles que Salmonella enterica, Pseudomonas aeruginosa ou Dickeya dadantii. D. dadantii est une entérobactérie phytopathogène à large spectre d’hôte. Cette bactérie provoque la maladie de la pourriture molle. Chez cette bactérie, un mutant dépourvu d’OPG montre un phénotype pléïotrope : perte totale de la virulence, diminution de la motilité, baisse de la sécrétion des exoenzymes indispensables à la virulence, induction générale d’une réponse au stress suggérant un sévère défaut de perception de l’environnement. Cette idée est renforcée par le lien unissant des systèmes à deux composants, systèmes clefs de la perception de l’environnement, et les OPG. Une approche exploratoire sur la place des OPG dans la virulence a permis de montrer que dans un mutant dépourvu d’OPG, l’inactivation de pecS, principal répresseur de la virulence, permet de restaurer la virulence sur feuille d’endive. La conservation de plusieurs phénotypes associés au défaut de synthèse d’OPG indique que les deux mutations n’affectent pas une seule et même voie de régulation. Enfin, l’identification du gène codant la succinyl-transférase, enzyme responsable de la substitution des OPG par des résidus succinyles, a permis de compléter le set de gènes impliqués dans la biosynthèse des OPG. Leur rôle reste cependant inconnu. / Osmoregulated perisplamic glucans (OPGs) are oligosaccharides accumulated in the envelope of many Gram-negative bacteria. Glucose is the sole constitutive sugar and this glucosidic backbone could be substituted by various kind of molecules depending on the species. Numerous studies indicate that these glucans belong to the common virulence factors for zoo- and phyto- pathogens Proteobacteria as Salmonella enterica or Dickeya dadantii. D. dadantii causes soft rot disease in a wide range of plant species. Strains of this species completely devoid of OPG show a pleiotropic phenotype including increased synthesis of exopolysaccharides, loss of motility, induction of a general stress response and complete loss of virulence. These phenotypes were confirmed by a proteomic analysis and suggest that strains devoid of OPGs are impaired in the perception of their environment. The link between OPGs and two component system, the main system used by bacteria to sense and respond to the environmental variation, strengthen this idea. The study of the place of OPGs in a virulence regulatory network showed that mutation in the major virulence repressor pecS restored virulence in a D. dadantii opg-negative strain. All the phenotypes were not restored indicating that the two mutations didn't affect a same pathway. Finally, the identification of opgC, was investigated, encoding a membrane-bound protein required for succinylation of OPG. However, the role of succinyl residues remains unknown.

La rapidité du diagnostic de candidémie et de candidose invasive (CI) est cruciale pour permettre l'introduction précoce des antifongiques. Cette dernière est souvent retardée car l’ hémoculture, test diagnostique de référence, n’est positive que dans 50% des cas avec un délai de plusieurs jours. Des méthodes complémentaires consistent en la détection sérique de polysaccharides de la paroi des Candida : les β-glucanes (BDG) et les mannanes (Man). Nos objectifs étaient de : a) évaluer la signification et l’intérêt clinique de la détection des BDG et des Man en réanimation b) de participer à l’analyse de l’intérêt d’une méthode de spectrometrie de masse (MS) en développement visant à détecter /caractériser des glycannes fongiques circulants. Matériels et Méthodes : a) Pour l'étude clinique cas-contrôles, la cinétique des BDG/Man par rapport à la candidémie a été évaluée chez 41 patients candidémiques et a été comparée à celle relevée chez 67 patients non candidémiques, hospitalisés dans le même service et chez qui la colonisation était déterminée toutes les semaines. b) une méthode de type MALDI-MS a été appliquée à des sérums après extraction sélective des glycannes et comparée à des standards. Resultats : au seuil recommandé le BDG est un biomarqueur sensible, précoce, mais peu spécifique pour le diagnostic de candidémie en réanimation. Il ne semble pas affecté par la colonisation mais sa décroissance lente le rend peu utile pour le suivi du traitement. A l'opposé, le Man est un biomarqueur très spécifique mais peu sensible. En changeant les seuils du BDG, son utilisation séquentielle avec le Man permet de proposer un algorithme dans le cadre d'une stratégie thérapeutique préemptive. b) La méthode MALDI-MS permet de révéler un signal m/z 365 correspondant à un disaccharide (dont le tréhalose) associé aux CI humaines et expérimentales. Des études préliminaires montrent que ce test semble avoir une bonne sensibilité et une bonne spécificité pour le diagnostic de CI ainsi que pour d’autres infections fongiques. Conclusion : a) Le BDG est un marqueur sensible, le Man est une marqueur spécifique, leur utilisation conjointe peut permettre un diagnostic précoce des CI et une rationnalisation du traitement antifongique. b) L'application de la méthode MALDI-MS à la détection/caractérisation des glycannes circulant semble présenter un important potentiel pour se substituer ou complémenter les méthodes diagnostiques actuelles de CI. / The rapidity of the diagnosis of candidaemia and invasive candidiasis (IC) is crucial to allow the early introduction of antigungal therapy. This one is often delayed because Candida yeasts are found in blood culture, the gold standard diagnostic test, in only 50% of cases of IC and several days are needed to have this result. Complementary methods relie on the detection of Candida cell wall polysaccharids in the serum, β-glucans (BDG) and mannans (Man). Our objectives were to : a) determine the signification and clinical interest of the detection of BDG and Man in intensive care b) take part in the analysis of the interest of a mass spectrometry (MS) technic in development which aim to detect/caracterize circulant fongic glycans. Materials and Methods : a) For the clinical case-control study, the BDG and Man kinetics in relation with candidaemia were evaluated in 41 candidemic patients, and were compared to the kinetic observed in 67 non candidemic patients, hospitalised in the same ward and assessed weekly for yeast colonisation b) a MALDI-MS method was applied to sera after selective extraction of glycans and compared to standards. Results : BDG at the recommanded cut-off is a sensitive and precoce but non specific test for the diagnosis of candidemia in ICU. It does not seem to be affected by the colonisation, but its very slow decrease limits its usefulness for the management of the treatment. At the opposite, Man is very specific but not sensitive. Modulating the cut-off of BDG, it is possible to propose a decisional algorithm for preemptive therapy based on the sequential use of BDG and Man. b) MALDI-MS reveals a signal at position m/z 365, corresponding to a disaccharid (among which is trehalose), associated to human and experimental IC. In preliminary studies this test seems to have good sensitiity and specificity for the diagnosis of IC as well as for other fungal infections. Conclusion : a) BDG is a sensitive test, Man is a specific one, and their joint use could be useful for an early diagnosis of IC and a rationalization of the antifungal treatment. b) The application of MALDI-MS method to the detection/caracterisation of circulating glycans seems to present an important potential to replace or complete the current available diagnostic tools of IC.

Les breuvages enrichis en protéines et fibres alimentaires sont des produits en croissance mais leur développement constitue un défi technologique dû à l’instabilité des protéines en milieu acide après un traitement thermique. L’objectif de cette étude était d’étudier l’effet de l’homogénéisation (1500 psi, 4°C) sur la stabilité des protéines seules et des complexes protéines/pectines en présence de β-glucan dans un jus modèle au cours de l’entreposage (4°C). La stabilité a été évaluée par observation visuelle (séparation des phases, précipitation) et la distribution des protéines dans les phases a été effectuée en fonction du temps d’entreposage (jours 1, 7, 14, 21 et 28). La taille, la charge des particules et la viscosité des solutions ont été mesurées aux jours 1 et 28. L’homogénéisation effectuée après la pasteurisation a augmenté la stabilité des protéines seules grâce à une diminution significative de la taille des agrégats des protéines. Toutefois, l’homogénéisation effectuée avant la pasteurisation n’a pas eu d’effet sur la stabilité. L’ajout de faibles concentrations de pectine n’a pas amélioré la stabilité des protéines en milieu acide après la pasteurisation. Les complexes obtenus avaient une charge faible et une taille élevée que l’homogénéisation n’a pas pu réduire. L’ajout de β-glucan a favorisé l’augmentation de la proportion de précipité pour les breuvages enrichis en protéines seules, et n’a pas modifié la stabilité des protéines en présence de pectines. Cependant, les protéines insolubles se trouvant dans les phases précipitées sont faciles à resuspendre après l’agitation des breuvages. Ce travail a démontré que l’homogénéisation est un traitement simple qui permet la stabilisation des breuvages enrichis, mais qui nécessite une adaptation au procédé habituel. / There is an increasing demand for beverages enriched with proteins and dietary fibers but this development is still a technological challenge due to protein instability in acidic condition after heat treatment. The objective of this work was to study the effect of homogenization before/after pasteurization on the stability of proteins and proteins/pectin complexes in presence of β-glucan in juice model during the storage at 4°C. The stability was evaluated by visual observation (phase separation, precipitation) and distribution of proteins was determined at storage time of 1, 7, 14, 21 and 28 days. The size, the charge of the particles and the viscosity of the solutions were measured in days 1 and 28. A homogenization step performed after pasteurization increased the proteins’ stability by significant decrease in particle size. However, the homogenization performed before pasteurization had no effect. The addition of low concentrations of pectin did not stabilize the proteins after pasteurization. The complexes obtained had a low charge and a large size that homogenization could not reduce. The addition of β-glucan promoted the proportion of precipitate for the beverage with proteins alone and did not affect proteins’ stability in the presence of pectin. However, the insoluble proteins in the precipitate phases are resuspended easily by some tube inversions. This work demonstrated that homogenization is a simple treatment that could help stabilize fortified beverages but it requires adaptation to usual procedure.

Les ß-glucanes (BG) sont les polysaccharides les plus abondants de la paroi de Saccharomyces cerevisiae. Depuis des millénaires, ils sont utilisés pour leurs propriétés immunostimulantes et leurs potentiels thérapeutiques. L'objectif de ce travail était de caractériser la réponse immunitaire induite par les BG et de comprendre leurs modes d'action sur les macrophages murins en contexte infectieux. Nous avons montré que (i) les extraits de paroi enrichis en BG n'induisent qu'une faible production de cytokines par les macrophages contrairement aux extraits bruts, (ii) la réponse inflammatoire médiée par les extraits bruts résulte de la signalisation des TLRs et non de Dectin-1 et (iii) les BG stimulent la synthèse tardive de GM-CSF via Dectin-1. En conditions infectieuses, les BG enrichis confèrent une forte signature inflammatoire aux macrophages prétraités conduisant à l'amplification de la production cytokinique, à la synthèse de ROS et l'optimisation de la clairance bactérienne. En conclusion, cette étude souligne les enjeux de l'utilisation des BG enrichis comme adjuvants dans l'amélioration de la résistance des individus aux infections. / ß-glucans (BG) are the most abundant polysaccharides of the Saccharomyces cerevisiae cell wall. For decades, they have been extensively used because of their immuno-modulatory properties and their potential therapeutic effects. The aim of this study was to characterize the immune response induced by BG and to understand their mechanisms of action on murine macrophages occurring upon bacterial infections. We demonstrated that (i) BG-enriched extracts trigger low amounts of cytokine production in contrast with crude products, (ii) the immune response mediated by crude extracts results from TLRs and not from Dectin-1 signaling and (iii) BG-enriched compounds stimulate the late and strong induction of GM-CSF in a Dectin-1-dependent manner. Upon bacteria exposure, BG-enriched extracts confer a strong inflammatory to pretreated macrophages leading to synergistic increase of cytokine release, ROS production and better clearance of pathogens. Altogether, our findings emphasize the relevancy of using BG-enriched extracts for the design of novel adjuvant formulations contributing to individuals' resistance to infections.

Les glucane-saccharases sont des transglucosidases de la famille 70 des glycoside-hydrolases. A partir de saccharose, ces enzymes catalysent la synthèse d’alpha -glucanes, polymères de haute masse molaire formés d’unités glucosyle. Elles sont aussi capables de synthétiser des oligosaccharides ou glucoconjugués par réaction de transglucosylation sur des accepteurs exogènes de natures variées. De par la diversité de leurs spécificités, tant au niveau des liaisons osidiques synthétisées [alpha (1→2) ; alpha (1→3) ; alpha (1→4) ou alpha (1→6)] que de l’organisation de ces liaisons au sein des produits formés, ces biocatalyseurs peuvent être mis à profit pour produire des hydrates de carbones d'intérêt pour les secteurs de l'alimentation, de la santé et de l'environnement. L'objectif de ces travaux de thèse était de générer par ingénierie enzymatique de nouvelles glucane-saccharases capables de synthétiser des alpha -glucanes et des gluco-oligosaccharides de structures et propriétés innovantes, afin d’élargir le panel d'applications de ces molécules. Sur le plan fondamental, l'enjeu était aussi d'améliorer la compréhension des relations entre structure et spécificité des glucane-saccharases. Pour atteindre nos objectifs, nous avons utilisé une stratégie d'ingénierie combinatoire de la dextrane-saccharase DSR-S de Leuconostoc mesenteroides NRRL B-512F, qui catalyse la synthèse d’un dextrane formé à 95 % de liaisons alpha (1→6) et 5 % alpha (1→3). Le travail a tout d'abord consisté à développer une méthode de criblage multi-étapes et à haut-débit, pour isoler et trier les variants de spécificités de liaisons variées. La stratégie comprend une première étape de sélection in vivo sur milieu solide suivie d’un criblage par RMN 1D 1H automatisé au format microplaque. Il s'agit de la première méthode de criblage à haut-débit de la spécificité de liaison des transglucosidases et glycosyltransferases. Cette stratégie a ensuite été appliquée au criblage de deux banques de variants de la DSR-S, totalisant plus de 36 000 clones obtenus par mutagénèse de saturation et recombinaison simultanée de 8 résidus du domaine catalytique. Au total, 82 mutants capables de synthétiser entre 2 et 8 fois plus de liaisons alpha (1→3) par rapport à l’enzyme parentale ont été isolés. La caractérisation des propriétés catalytiques de sept mutants représentatifs de la diversité de spécificité générée a permis d’identifier un nouveau motif peptidique 460DYVHT464 impliqué dans la spécificité de DSR-S. Enfin, la caractérisation de la structure et des propriétés rhéologiques et mécaniques des dextranes synthétisés par ces 7 mutants a mis en évidence les différences de taille et de conformation de ces macromolécules en solution et révélé l’aptitude du polymère synthétisé par le variant H463R/T464V/S512T à former des films bio-sourcés innovants, dont les propriétés mécaniques sont remarquables en comparaison de celles d'autres biopolymères extraits de plantes ou produits par fermentation / Glucansucrases are transglucosidases from glycoside hydrolase family 70. From sucrose, these enzymes catalyse the synthesis of alpha -glucans, high molecular weight polymers formed of glucosyl units. Glucansucrases are also able to synthesize oligosaccharides or glucoconjugates by transglucosylation reaction onto various exogenous acceptors. Due to the large specificity, in terms of osidic linkages synthesized [alpha (1→2); alpha (1→3); alpha (1→4) or alpha (1→6)] and their organization within the formed products, these biocatalysts can be used to produce carbohydrates of interest in food, health and environment fields. The aim of this research work was to generate, by enzyme engineering, new glucansucrases able to synthesize alpha -glucans and gluco-oligosaccharides with novel structures and properties, to enlarge applications of these molecules. At fundamental level, the work was to improve the understanding of the relationships between structure and specificity of glucansucrases. To reach our objectives, we used a combinatorial engineering strategy on the dextransucrase DSR-S of Leuconostoc mesenteroides NRRL B-512F, which catalyses the synthesis of a dextran formed by 95 % of alpha (1→6) and 5 % alpha (1→3) linkages. The work consisted first in the development of a multi-step high throughput screening methodology to sort out and isolate variants with altered linkage specificities. The strategy includes a first stage of in vivo selection on solid medium followed by an automated 1D 1H NMR-based screening using microplates. To date, this is the first high-throughput screening method for linkage specificity determination of transglucosidases and glycosyltransferases. This strategy was applied to the screening of two DSR-S variants libraries, totalizing more than 36,000 clones obtained by saturation mutagenesis and simultaneous recombination of 8 residues from the catalytic domain. Eighty two mutants able of synthesize 2 to 8 times more alpha (1→3) linkages compared to the parental enzyme were isolated. The characterization of the catalytic properties of 7 representative mutants enabled the identification of a new peptide motif 460DYVHT464, involved in DSR-S specificity. Finally, the characterization of structural, rheological and mechanical properties of dextrans synthetized by these 7 mutants highlighted the differences in size and conformation of these macromolecules in solution and revealed the capacity of the polymer synthesized by H463R/T464V/S512T variant to form biofilms, whose mechanical properties are remarkable in comparison to those of other biopolymers extracted from plants or produced by fermentation.