HslVU est une protéase dépendante de l'ATP découverte initialement chez certaines bactéries, et considérée comme une forme ancestrale du protéasome. Elle est constituée par l'association de deux sous-complexes : la protéase HslV, formée elle-même de deux anneaux hexamériques de la sous-unité HslV, et l'ATPase HslU, un hexamère de la sous-unité HslU, qui active l'activité peptidasique de HslV en s'associant à l'une ou à ses deux extrémités. HslVU a été identifiée dans la mitochondrie de protozoaires parasites, dont ceux de la famille des trypanosomatidae comme Leishmania major (agent de la leishmaniose) et Trypanosoma brucei (agent de la maladie du sommeil). Différents travaux ont montré que, chez T. brucei, l'inactivation d'HslVU par interférence ARN conduit à l'arrêt de la division cellulaire et à la mort du parasite. Puisqu'elle est absente chez l'homme, HslVU constitue donc une cible thérapeutique potentielle intéressante pour lutter contre ces parasites. Dans le cadre d'un projet collaboratif, le but de ma thèse était de caractériser la protéase HslVU de Leishmania major (LmHslVU), et de tester l'intérêt d'exploiter la symétrie de HslV pour développer des inhibiteurs empêchant la formation du complexe HslVU en se fixant à l'interface HslV/HslU. Dans ce contexte, ma thèse s'est développée autour de 3 axes principaux : (i) Production et caractérisation biochimique de LmHslV recombinant. J'ai montré que le complexe LmHslV seul est inactif, contrairement à son homologue bactérien qui a une activité basale même sans HslU, et qu'il peut être activé par des peptides synthétiques correspondant à l'extrémité C-terminale de son régulateur HslU, comme HslV d'E.coli et d'H.influenzae. Cela m'a permis de développer un test de l'activité peptidasique de LmHslV in vitro, miniaturisable pour un futur criblage de banques de molécules chimiques. La protéase LmHslV a également été caractérisée en testant l'effet de différents inhibiteurs de protéases sur son activité. Ce travail m'a également permis de montrer que l'activité peptidasique de HslV est très sensible à la présence d'ions Mg2+ dans les tampons d'activité, ce qui suggère qu'il existe des régulations allostériques des sites actifs de la protéase. (ii) Exploiter la symétrie de HslV pour développer des interacteurs multivalents de HslV. Nous avons cherché à vérifier expérimentalement si le fait d'utiliser des molécules multivalentes, c'est à dire possédant plusieurs sites d'interaction à HslV, permettait d'augmenter sensiblement l'affinité de ces molécules. Une molécule pentamérique, le « peptabody », capable de se fixer sur LmHslV via cinq sites d'interaction potentiels et agissant comme un inhibiteur de l'activité peptidasique de HslV, a été développée.(iii) Caractérisation du mode d'activation de LmHslV. Nous avons réalisé en collaboration des expériences de microscopie électronique sur LmHslV, qui ont révélé une possible rotation des deux anneaux de LmHslV liée à l'activation de la protéase. Cette rotation est spécifique de LmHslV puisqu'on ne l'observe pas chez HslV d'E. coli. La confirmation de ces résultats encore préliminaires est en cours. / HslVU is an ATP-dependent protease initially discovered in certain bacteria, and considered as a proteasome ancestor. It is formed by assembly of two subcomplexes: the HslV protease, itself resulting from the assembly of two hexameric rings of the HslV subunit, and the HslU ATPase, an hexamer of the HslU subunit that activates HslV upon binding.HslVU has been identified within the mitochondrion of protozoan parasites, including the Trypanosomatids Leishmania major (leishmaniasis) and Trypanosoma brucei (sleeping sickness). Different results have shown that inactivation by siRNA of HslVU leads in T. brucei to growth arrest and cell death. Since HslVU is absent in human, it thus represents an attractive drug target for the fight against these parasites. In the frame of a collaborative project, the objective of my thesis was to characterize the HslVU protease of Leishmania major (LmHslVU) and to assess the interest of exploiting HslV symmetry to develop inhibitory molecules that would block the formation of the HslVU complex by binding at the HslV/HslU interface.In this context, I studied three main issues during my PhD thesis:(i) Production and biochemical characterization of recombinant LmHslV: I could show that the HslV complex alone is inactive, contrary to its bacterial homolog which has a basal activity even in the absence of HslU, and that, as E. coli HslV, it can be activated by synthetic peptides corresponding to the C-terminal end of HslU. This work allowed me to develop an in vitro assay of HslV peptidase activity, that can be miniaturized for future screenings of chemical libraries. The active site of the LmHslV protease has also been characterized by testing the effect of different protease inhibitors on the peptidase activity. During this work, I could show that LmHslV activity is sensitive to Mg2+ ions in the activity buffers, suggesting the existence of allosteric regulations of the active sites.(ii) To exploit HslV symmetry to develop multivalent interactors of HslV. Our goal was to experimentally verify whether the use of multivalent molecules, i.e. molecules with several interaction sites to HslV, could help to develop high affinity inhibitors. A pentameric molecule, called the “peptabody”, able to bind to HslV via five interaction sites and acting as a strong inhibitor of HslV, has been developed.(iii) Characterization of the mode of activation of HslV. We performed through a collaboration electronic miscroscopy analyses of LmHslV, which revealed that the activation of the protease could be linked to a possible rotation of its two rings. Such rotation was not seen with E. coli HslV, suggesting that it is a mechanism specific of LmHslV. Study are ongoing to confirm these results.

Leishmania et Trypanosoma brucei sont des protozoaires parasites responsables de graves parasitoses de distribution mondiale. Aucun vaccin n'est disponible contre ces maladies dont le traitement reste basé sur un nombre limité de médicaments coûteux, souvent toxiques et peu efficaces, problème auquel s'ajoute celui des chimiorésistances. D'où l'urgente nécessité de trouver de nouvelles cibles pour le développement de nouveaux traitements qui soient à la fois efficaces, non ou moins toxiques et à un coût plus accessible. Les Trypanosomatidés, dont les génomes ont été entièrement séquencés, présentent de nombreuses originalités dans leur biologie cellulaire et moléculaire, par exemple un ADN mitochondrial unique et extrêmement complexe appelé kinétoplaste. Leur développement suit également un "double" cycle cellulaire répliquant, d'une part, classiquement le noyau et, d'autre part, l'ensemble "corps basal-ADN mitochondrial" dont la ségrégation correcte conditionne la cytodiérèse. Ils possèdent par ailleurs deux types de protéasomes, un classique (26S) et un de type procaryote, plus spécifique et absent chez l'homme, le complexe HslVU. Nous avons montré que HslVU est localisé exclusivement dans l'unique mitochondrie des parasites, et qu'il est, chez T. brucei, essentiel pour la survie de ces organismes. En effet, son inhibition par ARN interférence entraine un blocage de la cytodiérèse suivi par une mort cellulaire. Le premier objectif de cette thèse a été de tenter de mieux comprendre le rôle de HslVU dans le cycle cellulaire associé au kinétoplaste chez ces parasites possédant déjà un protéasome classique. Mettant un terme à plusieurs publications contradictoires, nous avons confirmé la localisation mitochondriale de ce complexe chez Leishmania et chez T. brucei. Nous montrons pour la première fois qu'il est tout aussi essentiel dans les formes sanguines, celles présentes chez l'hôte mammifère, que dans les formes procycliques. Nous montrons aussi un rôle différencié des différentes sous-unités du complexe dans le déroulement du cycle cellulaire associé au kinétoplaste. Le deuxième objectif de cette thèse a été d'identifier de nouvelles protéines mitochondriales régulatrices du cycle cellulaire associé au kinétoplaste. Pour ce faire, nous avons développé une approche de criblage par ARN interférence "semi-systématique" sur 104 protéines mitochondriales, principalement de fonction inconnue. Si l'inhibition de l'expression de la majorité de ces protéines (62) n'a aucun effet sur la croissance cellulaire, celle des 42 restantes induit une baisse moyenne ou sévère de cette croissance. De façon surprenante, cette inhibition modifie significativement et avec plus ou moins d'ampleur le déroulement du cycle cellulaire, suggérant qu'il est dépendant de multiples fonctions cellulaires. Finalement, ce travail valide le protéasome HslVU comme une cible thérapeutique pertinente tout particulièrement à l'adresse des formes sanguines de T. brucei. La différenciation fonctionnelle de HslU1 et HslU2 et l'activité indépendante de HslV donnent une image plus complexe sur le fonctionnement de ce protéasome. Les données d'ARN interférence pour leur part nous orientent vers une régulation du cycle cellulaire très intégrée à l'ensemble des activités cellulaires. / Leishmania and Trypanosoma brucei are protozoan parasites responsible for worldwide distributed severe diseases. No vaccine is available and the treatment relies upon a limited number of drugs, which are costly, often toxic and not highly efficient, and for which resistances are increasing. Hence the necessity to urgently discover novel drug targets with the aim of developing new drug treatments which would be more efficient, less toxic and if possible cheaper.Trypanosomatids, of which the genome has been entirely sequenced, exhibit numerous peculiarities in their cell and molecular biology, for example a single and complex mitochondrial DNA network termed kinetoplast. Also, their development follows a ‘double' cell cycle ensuring the replication of, on the one hand, the nucleus (classical mitosis) and on the other hand, the “basal body-kinetoplast” whole, of which the correct segregation conditions cytokinesis. They also possess tow types of proteasomes, one classical one (26S) and one of the prokaryotic type, more specific and absent in human, the HslVU complex. We have shown that HslVU is located exclusively in the single mitochondrion of these parasites and, in T. brucei, that it is essential to parasite's survival. Indeed, its RNAinterference-based knockdown leads to a cytokinesis block followed par cell death. The first aim of this work was to try to better understand the role of HslVU in the ‘kinetoplast-associated' cell cycle in these parasites that already possess a classical proteasome. Putting an end to several contradictory publications, we confirmed the mitochondrial location of this complex in Leishmania and T. brucei. For the first time, we also demonstrate that it is just as essential in bloodstream forms (those present in the mammalian host) than in procyclic forms. We finally show a differentiated role for the different subunits of the complex in the progress of the kinetoplast-associated cell cycle.The second aim of this work was to identify novel mitochondrial proteins which would participate in the regulation of the kinetoplast-associated cell cycle. To do this, we developed a ‘semi-systematic' screening approach using RNA interference for 104 mitochondrial proteins, most of them being of unknown function. If the inhibition of most of these proteins (64) had no effect on cell growth, that of the 42 remaining ones induced a moderate or severe growth defect. Surprisingly, this inhibition yielded significant and more or less visible modifications of the cell cycle progress, suggesting that the latter is dependent upon multiple cell functions.Finally, this study validates the HslVU proteasome as a pertinent drug target, particularly for the bloodstream forms of T. brucei. The functional differentiation of HslU1 and HslU2 and the independent activity of HslV are intriguing and give a complex picture of the functioning of this proteasome. On the other hand, the RNA interference data suggest a cell cycle regulation which would be highly integrated to the whole of the cell activities.