YB-1 est un régulateur important de l’expression des gènes dans les cellules eucaryotes. En plus de son rôle dans la transcription, YB-1 joue un rôle clé dans la traduction et la stabilisation des ARN messagers. Nous avons identifié plusieurs nouveaux partenaires de la protéine YB-1 par chromatographie d’affinité à partir de différents extraits tissulaires. Parmi ces partenaires, nous avons démontré que YB-1 interagit avec la tubuline et les microtubules et stimule fortement l'assemblage des microtubules in vitro. Les microtubules assemblés en présence de YB-1 ont une ultrastructure normale, et les données montrent que YB-1 recouvre probablement la surface extérieure des microtubules. De la même façon YB-1 stimule aussi l'assemblage de la tubuline-MAP qui est plus proche des complexes protéiques qui existent dans la cellule, et de la tubuline clivée par subtilisine ce qui suggère que son interaction avec la tubuline ne relève pas seulement d’effets électrostatiques. Nous avons enfin découvert que la tubuline interfère avec la formation des complexes ARNm:YB-1. Ces résultats suggèrent que YB-1 peut réguler l'assemblage des microtubules in vivo et que son interaction avec la tubuline peut contribuer à la régulation de la traduction des ARN messagers. En effet, in vivo, la traduction des mRNPs dépend de l’état de saturation de l’ARN messager par YB-1. Nous avons montré ici que lorsque le rapport YB-1:ARNm est faible, les complexes mRNPs possèdent des structures non-compactes, alors que les mRNPs saturés sont compacts. Ce changement structural est observé de façon parallèle à l'inhibition de la traduction des ARN messagers lorsqu’ils passent des polysomes (traduits) aux mRNPs libres (non traduits). De façon intéressante, nous avons découvert que les mRNPs saturés se lient aux microtubules via des interactions protéine:protéine et ont tendance à former des agrégats sur la surface des microtubules. Cette dernière propriété pourrait contribuer à la formation de granules de stress et à la localisation des mRNPs dans le cytoplasme. Finalement, un modèle de diffusion facilité a été développé pour expliquer l'assemblage des microtubules orchestré par les polyamines naturelles (telles que YB-1 qui sont positivement chargées dans la cellules). L’ensemble de ces données contribuent à une meilleure compréhension de processus biologiques fondamentaux concernant l’assemblage de la tubuline en microtubules et le trafic des ARN dans la cellule. Ils pourraient avoir un intérêt pour développer de nouveaux médicaments qui ciblent les microtubules. / YB-1 is a major regulator of gene expression in eukaryotic cells. In addition to its role in transcription, YB-1 plays a key role in translation and stabilization of mRNAs. We identify several novels YB-1 protein partners by affinity chromatography of different tissue extracts. We observed that YB-1 interacts with tubulin and microtubules and stimulates microtubule assembly in vitro. Microtubules assembled in the presence of YB-1 exhibited a normal single wall ultrastructure where YB-1 probably coats the outer microtubule wall. Furthermore, we found that YB-1 also promotes the assembly of MAPs-tubulin and subtilisin-treated tubulin. Additionally, we demonstrated that tubulin interferes with mRNA:YB-1 complexes. These results suggest that YB-1 may regulate microtubule assembly in vivo and that its interaction with tubulin may contribute to the control of mRNA translation. The translational status of mRNPs in vivo depends on amount of YB-1 associated with mRNA. We show here that at low YB-1:mRNA ratios mRNP complexes possess an incompact structures, whereas saturated mRNPs are compact. This structural change corresponds to translation inhibition when mRNA moves from polysomal (translatable) to free (untranslatable) mRNPs. Saturated mRNPs bind to microtubules via protein:protein interactions and tend to self-aggregate on microtubule surface. This property could contribute to stress granule formation, mRNPs traffic and localization of translation apparatus within cytoplasm. Finally, the facilitated diffusion model was developed to explain enhancement of microtubule assembly by positively charged natural polyamines in living cells. Altogether our data contribute to the understanding of fundamental biological processes.

Les viroïdes sont de petites molécules d'ARN simple-brins circulaires qui infectent les plantes et induisent une variété de symptômes.Les viroïdes ne codent pour aucune protéine, mais possèdent une structure secondaire complexe qui leur permet d'accomplir différentes fonctions et d'interagir avec diverses composantes de leur hôte. Pour compléter leur cycle de réplication, les viroïdes doivent nécessairement interagir avec des protéines de leur hôte. Quelques protéines ont déjà été identifiées pour se lier à certains viroïdes. Toutefois, avant le début de mes études aucune protéine n'était connue pour interagir avec le viroïde de la mosaïque latente du pêcher (PLMVd). Notre laboratoire s'intéresse justement au PLMVd, un viroïde de la famille des Avsunviroidae qui se répliquent à l'intérieur des chloroplastes des plantes de pêcher infectés. Ce viroïde se réplique plus précisément par un mécanisme en cercle-roulant symétrique, ce qui implique que ses deux polarités utilisent exactement le même mécanisme et possèdent donc plusieurs caractéristiques similaires. Toutefois, quelques légères différences biochimiques avaient été recensées entre les deux polarités. Par le passé, l'équipe de notre laboratoire a déterminé la structure secondaire de la polarité positive à l'aide de différentes techniques. Afin de comparer les deux polarités, il devenait important de procéder à l'analyse de la structure secondaire de la polarité négative. Grâce à cette étude, des similitudes et des différences entre les deux ont pu être localisées. Ces résultats seront essentiels pour la poursuite de plusieurs études sur PLMVd. Par exemple, cette structure sera certainement utile pour étudier la liaison de différents partenaires protéiques ainsi que pour l'analyse des petits ARN interférents provenant de PLMVd. Une analyse plus approfondie de la structure secondaire et tertaire des deux polarités de PLMVd a été amorcée par la méthode d'acylation sélective de l'hydroxyle de l'ARN analysée par extension d'amorce (SHAPE). Cette étude a permis de comparer la structure de deux variants et a permis d'identifier de nouveaux motifs, tel qu'un cruciforme à l'intérieur de la tige P11 et un pseudonoeud entre les boucles L1 et L11. Une analyse informatique de toutes les séquences connues de PLMVd a été réalisée et a permis de vérifier le potentiel de ce pseudonoeud pour tous les variants de PLMVd. Par la suite, une étude sur des interactions possibles entre PLMVd et des protéines provenant de feuilles de pêcher a été entreprise. Lors de cette recherche, différentes méthodes de détection des interactions ARN-protéine ont été utilisées, certaines sans succès. L'approche faisant appel à des hybridations de type northwestern fut profitable et permis d'identifier quelques protéines cellulaires capables d'interagir avec PLMVd. La caractérisation de certaines interactions a par la suite été réalisée pour permettre de mieux définir la liaison du facteur d'élongation 1-alpha (eEF1A) sur PLMVd. Finalement, différents projets satellites ont été initiés et concernent l'implication de certains éléments de structure de PLMVd in vivo. Ils seront décrits au dernier chapitre. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec un groupe de recherche de Belgique et ont mené à l'inoculation de plusieurs mutants de PLMVd.

De nombreuses protéines doivent localiser de courtes séquences-cibles sur de longues molécules d'ADN. Le temps nécessaire à cette localisation est souvent beaucoup plus court que celui qui résulterait d'une diffusion 3D des protéines. Plusieurs mécanismes ont été suggérés pour rendre compte de l'efficacité remarquable du processus de localisation (diffusion 1D le long de l'ADN, sauts...). Cependant, malgré les nombreuses études menées par des biochimistes depuis plus de vingt ans, en particulier sur les enzymes de restriction EcoRI et EcoRV, à ce jour aucune expérience n'a pu trancher définitivement entre les différents mécanismes proposés.<br /><br />Au cours de cette thèse, nous sommes parvenus à observer en microscopie de fluorescence l'interaction entre une enzyme de restriction EcoRV individuelle et une molécule d'ADN. Pour cela, nous avons développé une technique permettant d'étirer les molécules d'ADN au-dessus d'une surface, et nous avons couplé les enzymes EcoRV à des nanocristaux semi-conducteurs, sondes très fluorescentes non sujettes au photoblanchiment. Les enzymes ainsi marquées, toujours actives, sont détectables avec une résolution spatiale de l'ordre de 10 nm et une résolution temporelle de 20 ms.<br /><br />Nous avons observé de nombreux événements d'association/dissociation d'enzymes sur les molécules d'ADN étirées. L'analyse de ces événements nous a permis de mesurer la constante de dissociation des enzymes couplées, de mettre en évidence une diffusion facilitée d'EcoRV le long de l'ADN et d'estimer les caractéristiques de cette diffusion.

Les Sémaphorines de classe 3 modulent de nombreux comportement neuritiques lors de la formation du système nerveux central. Leur liaison sur des complexes récepteurs composés de la sous unité obligatoire de liaison au ligand, les Neuropilines1,2 (Nrp1,2) et de la sous unité de signalisation, les PléxinesA1-4, permet d'assurer la spécificité fonctionnelle. Cependant, les mécanismes moléculaires contrôlant la formation de ces complexes récepteurs ne sont pas connus. Au cours de ma thèse, j'ai étudié l'assemblage des complexes récepteurs des Sémaphorines de classe 3 par une approche FRET. J'ai pu montrer que Nrp1,2 forment des homo et hétéro-oligomères à la membrane plasmique. Nrp1 peut former des hétero-oligomères avec les PléxinesA1,2 et 4 mais apparemment pas avec PléxineA3. La délétion du domaine Séma de PléxineA3 (PléxinesA3∆sem) suffit pour induire la formation d'hétéro-complexes Nrp1-PléxinesA3∆sem. Ces résultats suggèrent que le domaine Séma de PléxineA3 adopte une conformation différente des autres PléxinesA et empêche l'interaction entre PléxineA3 et Nrp1. De plus, toutes les PléxinesA peuvent former des homo-oligomères de manière indépendante du domaine Séma. Ces résultats suggèrent que les récepteurs des Sémaphorines de classe 3 pourraient former des complexes oligomériques plus important, composés d'homo-dimères de Nrps et de PléxinesA. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié la spécificité de signalisation des PléxinesA dans les interneurones GABAergiques du cervelet. Au laboratoire, nous avons montré que Séma3A induit la formation de branches des interneurones GABAergiques du cervelet par l'intermédiaire de Fyn. Mais l'identité des complexes récepteurs Séma3A impliquée dans ce processus n'était pas connue. Nous avons montré que les interneurones GABAergiques expriment PléxineA1,A2 A3 mais pas A4. Alors que les PléxinesA1,2 et 3 interagissent avec la protéine Fyn, seule l'activation des voies de signalisation de PléxineA1 et A2 induit la formation de branches in vitro. De manière intéressante, Fyn interagit avec les PléxinesA1 et A2 via son domaine SH3 alors qu'elle utilise son domaine SH2 pour l'interaction avec PléxineA3, suggérant l'importance du mode d'interaction de Fyn avec les PléxinesA pour sa fonction. Enfin nous avons pu montrer que PléxineA1 est la seule Pléxine in vivo capable d'induire un défaut de formation de branches des interneurones GABAergiques du cervelet. / Secreted class 3 Semaphorin (Sema3) modulates a wide variety of axon behavior during central nervous system formation. Sema3 family functions are triggered through binding to specific receptor complexes that include the obligate binding subunit Neuropilins-1 and 2 (Nrp1-2) and the signalling subunit plexin-A1-4. Yet, the exact mechanism controlling Sema3 receptor complex formation is not known. Here, we investigate Sema3 cell surface receptor formation using a time resolved FRET approach. We showed that Nrp-1 and 2 formed homo and hetero-oligomers at the cell surface of leaving cells. Nrp-1 can form hetero-oligomers with PlexinA1, A2 and A4 but not with PlexinA3. Deletion of the Plexin-Sema domain of PlexinA3 (PlexinA3∆sem) induced the formation of Nrp1 and PexinA3∆sem hetero-complexes. These results showed that PlexinA3-sema domain adopts a different conformation from the other PlexinAs and inhibited the interaction with Nrp1. Furthermore, PlexinAs can form homo-oligomers independently of the Plexin-Sema domain. These results further suggest that Sema3 receptors could form higher oligomeric complex that include homodimers of both neuropilins and PlexinAs. Understanding the basic principles of Sema3 receptor assembly will be pivotal to decipher how ligand binding translates into specific pathways of cellular signaling. In the second part of my thesis we investigated PlexinA specific signaling in cerebellar GABAergic interneurons. Sema3A induced GABAergic axonal branching in cerebellar cortex in a Fyn dependent manner (Cioni et al.,2013). However the identity of Sema3A receptor complexes involved in this process needed further investigation. We showed that PlexinA1, A2 and A3, but not PlexinA4, are expressed in GABAergic interneurons. While PlexinA1-3 are associated with FYN, only PlexinA1 and A2 induced axon branching. Interestingly, Fyn interaction with PlexinA1 and A2 is mediated via the SH3 domain while the interaction with PlexinA3 is through the SH2 domain, suggesting that the binding mode of Fyn to PlexinA is important. These results were further supported by in vivo characterization of PlexinA1-4 deficient mice that showed GABAergic axon branch deficit only in PlexinA1 mutant.

Le virus respiratoire syncytial humain (hRSV) est le principal agent pathogène responsable des bronchiolites. Le complexe ARN polymérase (RdRp), du hRSV, nécessaire à la réplication de son génome, est composé a minima de la sous-unité catalytique (L), de son principal cofacteur qu’est la phosphoprotéine (P) et de la nucléoprotéine (N) qui assure l’encapsidation du génome viral. Le cœur de mon projet doctoral a été l’étude dynamique et structurale de domaines des protéines N et P du hRSV ainsi que leurs interactions avec certaines protéines cellulaires principalement par résonance magnétique nucléaire.Dans un premier temps j’ai étudié une potentielle interaction entre 2 domaines appartenant à la protéine N et à la protéine cellulaire Tax1BP1 impliquée notamment dans la régulation de l’autophagie. Ensuite, j’ai entrepris une étude structurale et dynamique de hRSV-P isolée notamment dans le but de déterminer des contacts transitoires au sein de la protéine et d’obtenir la structure tridimensionnelle du domaine d’oligomérisation de P. Enfin, j'ai participé à la caractérisation de l’interaction entre la protéine hRSV-P et le cofacteur de transcription du hRSV hRSV-M2-1, puis entre hRSV P et la phosphatase cellulaire PP1α, afin d’en cartographier les régions de contacts. / Human respiratory syncytial virus (hRSV) is the main pathogen responsible for bronchiolitis. The RNA polymerase complex (RdRp) of hRSV, necessary for the replication of its genome, is composed at least of the catalytic subunit (L), its main cofactor phosphoprotein (P) and nucleoprotein (N), which encapsidates the viral genome. At the heart of my doctoral project was the dynamic and structural study of domains of the proteins N and P of the hRSV as well as of their interactions with several cellular proteins, mainly by nuclear magnetic resonance.Firstly, I studied a potential interaction between 2 domains belonging to the N protein and to the Tax1BP1 cellular protein involved notably in regulation of autophagy. Secondly, I undertook a structural and dynamic study of isolated hRSV-P in order to determine transient contacts within the protein and to obtain the three-dimensional structure of the P oligomerization domain. Last, I participated in the characterization of the interaction between the hRSV-P protein and the hRSV transcription cofactor hRSV-M2-1, and between hRSV P and the cellular phosphatase PP1α to map the contact regions.