Les interactions intermoléculaires entre une protéine et ses différents partenaires représentent des cibles de plus en plus prisées pour l'élaboration de composés thérapeutiques capables d'intervenir dans des processus biologiques. La méthode FBDD (Fragment-Based Drug Design) permet de concevoir des molécules bioactives tels que des inhibiteurs, à partir de la structure tridimensionnelle du complexe formé entre la protéine et une molécule fragment. Dans le cadre de ce projet de thèse nous proposons d'utiliser le déplacement chimique pour l'étude des structures 3D de ces complexes protéine-ligand. Nous nous focaliserons sur la mesure des perturbations de déplacement chimique CSP (Chemical Shift Perturbations) des atomes d'une protéine cible, induites par la liaison d'un fragment. Nous démontrerons la puissance de cet outil RMN à travers la simulation des CSP induits par l'interaction d'un fragment sur une protéine cible et leur comparaison aux CSP expérimentaux. L'analyse sera réalisée sur deux protéines cibles et la comparaison des données expérimentales et simulées permettra dans un premier temps de mettre en évidence un réarrangement structural de la protéine Bcl-xL lors de son interaction avec un fragment. Puis, dans un second temps, nous montrerons que cette analyse quantitative des CSP peut permettre de déterminer l'orientation des fragments dans le site d'interaction de la protéine PRDX5. Nous comparerons alors les performances de la méthode pour différents types de protons proposant ainsi de nouvelles pistes pour la compréhension du comportement des CSP vis-à-vis de leurs contributions électroniques / Intermolecular interactions between protein and its partners represent highly attractive targets for the elaboration of therapeutic compounds abble to interfere in biological processes. A novel approach in drug design called Fragment-Based Drug Design (FBDD) consists of designing bioactive molecules like inhibitors, from the 3D structure of the complex formed between a protein and a fragment molecule (MW < 300g/mol). Here we suggest using the chemical shift, to study these protein-ligand structures. We will particularly focus on the measurement of Chemical Shift Perturbations (CSP) induced by the fragment-binding on protein’s nuclei. We will evidence the potency of this NMR tool through simulation of CSP induced by fragment interaction on protein target and the comparison with experimental CSP. Two protein targets will be used and the comparison between experimental and simulated data will evidence on one hand, the structural rearrangement of the protein Bcl-xL upon fragment-binding. On the other hand, we will demonstrate that this quantitative use of CSP is unable to determinate fragment orientations inside the protein PRDX5 binding site. We will compare the performances of the method for different kinds of protein and proposing answers to better understand the behaviour of CSP toward their different electronic contributions

Les alcanes sont les composés principaux des cires cuticulaires et de ce fait, jouent un rôle prépondérant dans l’organisation et dans les fonctions protectrices de la cuticule, la couche lipidique recouvrant les parties aériennes des plantes. La caractérisation du mutant cer1 d’Arabidopsis, présentant une réduction drastique des alcanes et des molécules qui en dérivent, a permis de suggérer l’implication de la protéine CER1 dans la formation de ces composés. Au cours de notre étude, la génération de plantes transgéniques exprimant CER1 de manière ectopique a permis de démontrer une corrélation positive entre le niveau d’expression du gène et la quantité d’alcanes présents à la surface des plantes indiquant le rôle crucial de CER1 dans la synthèse de ces molécules. Le jeu de plantes transgéniques obtenues a également permis d’explorer la fonction de CER1 et le rôle des alcanes au cours du développement ainsi que dans la réponse des plantes aux contraintes de l’environnement, révélant leur implication prépondérante pour la résistance au stress hydrique. D’autre part l’absence de complémentation fonctionnelle du mutant cer1 par des formes de CER1 mutées au niveau des clusters d’histidines a montré qu’ils constituent, au moins en partie, le site catalytique de l’enzyme. Afin de caractériser la fonction biochimique de CER1, la recherche de ses partenaires métaboliques a été menée par une approche de double hybride split-ubiquitine chez la levure. Cette étude a révélé l’interaction physique de CER1 avec CER3, une protéine de fonction inconnue impliquée dans le métabolisme des cires. La co-expression des deux protéines dans des cellules de levures manipulées pour produire des acyl-CoAs à très longues chaînes a abouti à la première reconstitution de la voie de synthèse des alcanes à très longues chaînes décrite à ce jour, établissant que CER1 et CER3 forment un complexe enzymatique capable de produire des alcanes à partir des acyl-CoAs. D’autre part, l’étude des autres partenaires protéiques de CER1 a permis de commencer à déchiffrer les mécanismes enzymatiques associés au complexe CER1/CER3 ainsi que de mettre en évidence de nouveaux acteurs potentiels du métabolisme et du transport des cires. / Protective functions of the cuticle, the hydrophobic layer covering aerial parts of terrestrial plants. The characterisation of the Arabidopsis cer1 mutant, showing a dramatic decrease of alkanes and its derivates, suggested that CER1 is involved in alkane formation. In our study, the generation of transgenic plants misexpressing CER1 showed a positive correlation between the gene expression level and the alkane amount, strongly sustaining the presumed role of CER1 as an alkane-forming component. Further analyses of the set of transgenic plants provided information about CER1 and alkanes roles during plant development as well as plant/environment interactions, demonstrating their crucial involvement in the resistance to hydric stress. Moreover, the inability of histidines mutated form of CER1 to functionally complement the cer1 mutant indicated that histidine-clusters are part of the catalytic site of this enzyme. To characterize the biochemical function of CER1, a search for its metabolic protein partners was conducted in the yeast two-hybrid split-ubiquitin system for membrane proteins. This approach revealed a physical interaction of CER1 with CER3, a protein of unknown function involved in wax metabolism. Co-expression of the two proteins in yeast cells manipulated to produce very long chain (VLC) acyl-CoAs allows the first reconstitution of the VLC-alkane synthesis pathway described so far, demonstrating that CER1 and CER3 form an enzymatic complex catalyzing the conversion of VLC-acyl-CoAs to VLC-alkanes. In addition, the characterisation of CER1 partners began to address the enzymatic mechanisms associated to the CER1/CER3 complex activity and revealed new putative actors of wax synthesis and transport.

Les domaines SH3 (Src Homology domain) représentent l'un des modules protéiques le plus largement répandu dans la nature. Ils participent à des interactions intra- et intermoléculaires avec d’autre partenaires au travers de la formation et de la dissociation de complexes multi-protéiques. Le gène nef du Virus d'Immunodéficience Humain (VIH-1) code pour la protéine nef, importante pour la réplication du virus et le développement optimal du SIDA (Syndrome d’Immunodéficience Acquise) chez les personnes infectées. De précédentes études ont mis en évidence que la protéine nef utilise un mode « tertiaire » d’interaction pour mettre en place une affinité et une sélectivité élevées envers les domaines SH3 des kinases de la famille Src (SFKs). Savoir si cette stratégie de reconnaissance tertiaire des domaines SH3 peut être retrouvée dans des protéines cellulaires humaines est donc une question importante pour évaluer le degré de spécificité de la protéine nef comme cible anti-HIV. Nous avons identifié Alix (ALG-2 [apoptosis-linked gene 2]-interacting protein X) comme protéine originale interagissant avec le domaine SH3 de la kinase de cellules Hématopoïétique (Hck). Alix possède une sélectivité comparable à nef envers les domaines SH3 de SFKs. Nous avons combiné une analyse biophysique et structurale, alliant des méthodes telles que la microcalorimetrie à titration isotherme(‘ITC’), la Résonance Plasmonique de Surface (‘SPR’), des méthodes in vitro dites de ‘GST pulldown’, l'interférométrie (‘NPOI’), la Résonance Magnétique Nucléaire (‘NMR’ - HSQC) et la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) pour explorer les caractéristiques définissant le mode d’interaction entre Alix et le domaine SH3 de la kinase Hck. Cette étude démontre que la protéine cellulaire Alix est unique, structurellement différente mais fonctionnellement semblable à nef. / Src homology (SH) 3 domains is one of the most wide-spreaded protein modules found in nature. They mediate both inter- and intra-molecular protein-protein interactions (PPIs) through the formation and dissociation of multi-protein complexes. These SH3-mediated interactions are responsible for signal transduction, cytoskeleton organization and other cellular processes. The nef gene of Human immunodeficiency virus (HIV-1) encodes the HIV-1 Nef protein, which is important for optimal virus replication and development of AIDS (acquired immunize deficiency syndrome) in HIV-1 infected persons. Previous studies show that the HIV-1 Nef protein uses a “tertiary” binding mode to achieve high affinity and selectivity toward SH3 domains of Src-family kinases (SFKs). Whether this strategy of ‘tertiary’ binding mode of SH3 domains can be found in human cellular proteins, besides HIV-1 Nef, is an important question in the specificity of the HIV-1 Nef protein as an anti-HIV target. We identified Alix (ALG-2 [apoptosis-linked gene 2]-interacting protein X) as a novel protein interacting with Hemopoietic cell kinase (Hck) SH3 domain. Alix has similar selectivity towards SH3 domains of SFKs as the HIV-1 Nef. We have combined biophysical and structural biology analysis, including ITC (isothermal titration calorimetry), SPR (surface Plasmon resonance), GST (glutathione S-transferase) pull-down, interferometry, HSQC (heteronuclear single quantum coherence) and SAXS (small-angle X-ray scattering) to explore the characteristics of Alix-SH3 recognition mode. This study shows that Alix as a unique cellular protein, which is structurally different but functionally similar in recognizing HIV-1 Nef. The structural information of the Alix-Hck association facilitates the understanding of how Hck and Alix assist viral budding and cell surface receptor regulation.

Helicobacter pylori est une bactérie à Gram-négatif qui colonise la muqueuse de l’estomac humain. Elle se distingue des autres bactéries par un nombre de gènes très limité et de nombreuses particularités physiologiques et biochimiques. Elle provoque des infections associées à différentes maladies gastro-duodénales (ulcères et cancers). Depuis quelques années, une recrudescence de multi-résistances aux antibiotiques est observée. La transformation naturelle est l’un des processus clés qui les propage. Il s’agit d’un mécanisme de transfert horizontal de gènes qui permet aux bactéries de s’adapter à leur environnement, en internalisant des fragments d’ADN exogène à travers leur membrane, puis en les intégrant dans le chromosome par recombinaison homologue. Mes travaux ont visé à étudier de façon structurale et fonctionnelle trois protéines d’H. pylori décrites comme étant essentielles dans le processus de transformation naturelle: NucT, DprA et ComFc. La première partie de ce travail s’est concentrée sur la nucléase périplasmique NucT, supposée être impliquée dans la transformation chez H. pylori. Cependant, la délétion de son gène a permis de démontrer qu’elle ne joue en fait qu’un rôle mineur dans ce processus. La résolution de sa structure 3D a permis de mieux comprendre sa spécificité pour les acides nucléiques simple brin. Dans la seconde partie, la protéine DprA, responsable du chargement de la recombinase RecA sur l’ADN internalisé, a été étudiée. DprA d’H. pylori n’est composée que de 2 des 3 domaines qui constituent habituellement DprA, et fixe aussi bien l’ADN double brin que l’ADN simple brin mais uniquement via son domaine RF. Malgré son homologie structurale avec le domaine WH de liaison à l’ADN, le domaine C-terminal de HpDprA n’a pas d’affinité pour l’ADN. Nous avons mis en évidence des acides aminés conservés dans ce domaine dont l’étude pourrait permettre de comprendre son rôle. Enfin, une étude structurale de la protéine ComFc dont la délétion du gène entraîne la disparition totale de la capacité de transformation d’H. pylori a été réalisée. L’obtention de sa structure 3D a permis de mettre en évidence la présence d’un domaine catalytique phosphoribosyl-transférase ainsi que d’un domaine en doigt en zinc. Ce dernier pourrait être responsable de la capacité de ComFc à fixer l’ADN. Le substrat naturel de cette enzyme reste à découvrir.L’ensemble de ce travail a permis de contribuer à une meilleure compréhension à l’échelle moléculaire du mécanisme de transformation génétique naturelle d’H. pylori. L’avancement sur ces connaissances pourrait à long terme aider à réduire la propagation des multi-résistances par l’élaboration de nouvelles thérapies.Mots-clés : H. pylori, transformation naturelle, NucT, DprA, ComFc, interaction protéine-ADN / Helicobacter pylori is a Gram-negative bacterium that colonizes the mucus of the human stomach. It is distinguished from other bacteria by a limited number of genes and many physiological and biochemical characteristics. It causes infections associated with various gastro-duodenal diseases (ulcers and gastric cancers). In recent years, an increase in multi-resistance to antibiotics has been observed. Natural transformation is one of the key processes that spreads these multi-resistances. It is a horizontal gene transfer mechanism that allows bacteria to adapt to their environment by internalizing exogenous DNA fragments through their membrane and then integrating them into the chromosome by homologous recombination. My work aimed to study in a structural and functional approach three proteins of H. pylori described as essential in the natural transformation process: NucT, DprA and ComFc. The first part of this work focused on periplasmic nuclease, NucT, which is supposed to be involved in transformation in H. pylori. However, the deletion of its gene has shown that it actually plays only a minor role in this process. The resolution of its 3D structure has led to a better understanding of its specificity for single-stranded nucleic acids. In the second part, the protein DprA, responsible for loading RecA recombinase onto internalized DNA, was studied. HpDprA is composed of only 2 of the 3 domains that usually constitute DprA, and binds both double-stranded and single-stranded DNA but only via its RF domain. Despite its structural homology with the WH DNA binding domain, the C-terminal domain of HpDprA has no affinity for DNA. We have identified conserved amino acids in this domain that could be studied to understand its role. Finally, a structural study of ComFc, whose deletion of the gene leads to the total disruption of the transformation capacity of H. pylori, has been carried out. The acquisition of its 3D structure has highlighted the presence of a phosphoribosyl transferase catalytic domain as well as a zinc finger domain. The latter could be responsible for capacity of ComFc to bind DNA. The natural substrate of this enzyme remains to be discovered.All this work has contributed to a better knowledge at the molecular level of the natural genetic transformation mechanism of H. pylori. Advancing this knowledge could in the long term help to reduce the spread of multiresistance through the development of new therapies.Keywords: Helicobacter pylori, natural transformation, NucT, DprA, ComFc, protein-DNA interaction

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le cancer du sein est une maladie complexe résultant de la prolifération non contrôlée des cellules mammaires. Plus de 70% des tumeurs mammaires expriment les récepteurs des oestrogènes (ER) et peuvent bénéficier d’hormonothérapies ciblées. Parmi les thérapies hormonales, on y retrouve des anti-oestrogènes tel que le Fulvestrant. Les mécanismes d’action de ERα ne sont pas encore tous connus, d’où l’importance d’étudier son interactome. Un TurboID a été effectué dans la lignée cellulaire ERα+ ZR75.1. Ceci a permis d’identifier de potentiels interacteurs de ERα en réponse à différents traitements (E2 vs Fulvestrant) : GATAD2B, une sous-unité du complexe répresseur NuRD, et AIP, un interacteur connu du récepteur d’aryl hydrocarbone (AHR). Ces deux complexes sont connus comme pouvant être impliqué dans la signalisation par ERα. Nous avons donc émis comme hypothèse que GATAD2B et AIP étaient des cofacteurs de ERα et pouvaient avoir un impact sur l’activité transcriptionnelle de ERα. Nos objectifs étaient de mieux comprendre la relation entre ces protéines et ERα. Nous avons d’abord validé la colocalisation et la proximité de ces protéines avec ERα dans les cellules ER+ ZR-75-1. Nous avons ensuite observé l’interaction de ERα avec GATAD2B et AIP. De plus, des analyses par ChIP-qPCR ont permis d’observer le recrutement de ces protéines aux EREs du promoteur de GREB1 et que ce recrutement pouvait être modulé par les ligands de ERα. Finalement, nous avons pu observer par RNAseq que l’inhibition de GATAD2B entraînait une surexpression de groupes de gènes impliquées dans la réponse oestrogénique ERα-dépendante. Ainsi, nos travaux suggèrent que GATAD2B et AIP sont des interacteurs de ERα dans les cellules ER+ ZR-75-1. De plus, les résultats préliminaires semblent indiquer que GATAD2B pourrait jouer un rôle dans la répression de l’activité transcriptionnelle de ERα en présence de Fulvestrant. / Breast cancer is a complex and heterogenous disease resulting form the uncontrolled proliferation of breast cells. More than 70% of breast tumors express ERα and can benefit from targeted hormonotherapies. Among hormonal therapies, there are antiestrogens such as Fulvestrant. The mechanism of action of ERα signaling are still not all known and therefore, more studies need to be done to better understand Erα signaling pathways. With the aim to identify potential novel Erα interactors, a TurboID screening was done in ER+ cells, ZR-75-1. This screening led to the identification of GATAD2B, a sub-unit of the NuRD repressive complex, and AIP, a known interactor of AhR. Cross-signaling pathways between these two complexes and ERα are known. We hypothesized that GATAD2B and AIP were ERα cofactors could impact ERα transcriptional activity. Therefore, we aimed to better understand the relationship between these proteins and ERα. We first validated the colocalization and proximity of these proteins with ERα in ER+ ZR-75-1 cells. We then observed the interaction of ERα with GATAD2B and AIP. In addition, ChIP-seq experiments led to the observation of the recruitment of these proteins to the EREs of GREB1 promoter and that this recruitment could be modulated by ERα ligands. Finally, we were able to observe by RNAseq that the inhibition of GATAD2B leads to an overexpression of groups of genes involved in the ERα-dependent estrogen response. To conclude, our work suggests that GATAD2B and AIP are ERα interactors in ER+ ZR-75-1 cells. Additionally, preliminary results suggest that GATAD2B may play a role in suppressing ERα transcriptional activity in the presence of Fulvestrant.

La famille des protéines THAP est caractérisée par la présence d'un motif protéique, le domaine THAP, conservé au cours de l'évolution et retrouvé dans une centaine de protéines chez l'homme et les organismes animaux modèles. La protéine THAP1 humaine est impliquée dans la régulation du cycle cellulaire dans la voie pRb/E2F et dans la prolifération cellulaire. Le domaine THAP de THAP1 est un motif de liaison à l'ADN de type C-X2-4-C-X35-50-C-X2-H, séquence-spécifique et dépendant du zinc. Nous avons déterminé la structure tridimensionnelle du domaine THAP de THAP1 par Résonance Magnétique Nucléaire en solution. Ce doigt de zinc atypique de ~ 80 résidus se distingue par la présence d'un long motif ΒΑΒ entre les deux paires de ligands de coordination au zinc C2CH. Nous avons étudié la liaison du domaine THAP de THAP1 à sa séquence ADN spécifiquement reconnue en déterminant une constante de dissociation spécifique par Résonance Plasmonique de Surface et en réalisant des expériences d'empreinte RMN de façon à identifier les résidus impliqués dans la liaison à l'ADN. La combinaison des données de variation de déplacement chimique avec des données de mutagénèse dirigée nous a permis de localiser l'interface de liaison à l'ADN du domaine, correspondant à une zone chargée positivement, et de construire un modèle d'interaction protéine-ADN rendant compte d'une reconnaissance originale.

L’identification de molécules organiques capables de moduler des interactions protéine-protéine (PPIs) est longtemps restée un domaine peu exploité par la recherche pharmaceutique privée comme académique. Cependant, le développement de méthodologies innovantes pour l’étude des PPIs et la validation récente de ce type d’inhibiteurs dans des essais précliniques, démontrent que les PPIs constituent une nouvelle source de cibles importantes. Les composés capables de moduler ces interactions représentent une nouvelle classe d’outils prometteurs, tant en recherche fondamentale qu’en thérapeutique. Elles peuvent aider à différencier les multiples fonctions portées par une même protéine, à replacer la protéine dans une cascade de réactions, ainsi qu’à disséquer et reconstituer des réseaux de signalisations protéiques. Ces molécules permettront également de faire émerger de nouvelles familles d’agents pharmacologiques actifs dans diverses pathologies.Mon travail de thèse s'est projeté dans l'avenir de la recherche biomédicale, en ciblant les interactions protéine-protéine. J’ai pu durant mon doctorat mettre en œuvre plusieurs méthodologies pour étudier et caractériser des interactions protéiques afin de développer des inhibiteurs de ces interactions. J’ai ainsi pu travailler sur l’optimisation d’un composé inhibiteur de l’interaction de la protéine virale Nef VIH-1 avec les domaines SH3 des Src kinases, le composé DLC27. J’ai également pu mettre en évidence la pertinence biologique de ce composé, qui cible un mode d’interaction unique, ou très rare, au niveau cellulaire en étudiant l’interaction avec les domaines SH3 de deux protéines, ALIX (ALG2-Interacting Protein X) et la sous-unité p85 de la PI3K (phosphatidylinositol 3-kinase).J’ai également pu caractériser la surface et le mode d’interaction de protéines virales impliquées dans le complexe de réplication du virus du SRAS (Syndrome Respiratoire Aigu Sévère). Cette étude tend à montrer que la protéine virale nsp10 agit comme une plateforme de reconnaissance pour ses partenaires, les protéines virales nsp14 et nsp16. Ces interactions permettent l’activation ou l’augmentation des activités respectives de nsp16 et nsp14 et jouent un rôle au niveau de la réplication virale. Suite à l’identification d’un ‘point chaud’ d’interaction, le résidu Tyr96 à la surface de nsp10, nous avons mis en évidence la première famille de molécules inhibitrices du complexe nsp10-nsp14 en couplant des méthodes informatiques (in silico) à des criblages expérimentaux. Ces molécules pourraient être utilisées comme antiviraux ou servir d’outils pour la recherche, en permettant par exemple de mieux comprendre et d’élucider les mécanismes moléculaires impliqués dans la réplication du virus du SRAS et des coronavirus en général. / Protein-protein interactions (PPIs) participate in and regulate almost all essential cellular functions. As a consequence, they are frequently involved in various pathologies (going from cancer development to viral replication and host cell infection) but their study remains a challenge.Thus understanding those interactions as well as finding small drug candidates able to modulate them, a field of research not currently fully developed, appear as the future of the healthcare industry.In this context, I chose to learn different techniques to study PPIs that are usually employed in academic (IMR laboratory, CNRS, France) or corporate environments (Genentech, USA). Moreover, I also worked on the development of small organic inhibitors of PPIs coupling in silico methodologies (chemo-informatics, Drug Design) to biological and structural validations.During my PhD, I could manage and work on different projects involving the study of PPIs involved in cancer signaling pathways as well as the development of potent antiviral drugs targeting the HIV and SARS viruses.My organizational, personal and scientific skills as well as the practical experience I developed on various techniques (from cell biology to biophysics, structural biochemistry and Drug Design), make me feel confident on the management of PPIs drug discovery projects.I am thus able to efficiently work on, and manage, the study of protein-protein interactions in various pathologies as well as the development of potent PPIs inhibitors, that will be a major breakthrough for Biotech/Pharma companies in the coming years.

Les bactéries à Gram négatif sont entourées par une enveloppe cellulaire qui, contrairement aux bactéries à Gram positif, possèdent une organisation membranaire complexe composée d’une membrane interne appelée généralement membrane cytoplasmique, un espace périplasmique contenant une matrice de peptidoglycane et une membrane externe asymétrique constituée d’une monocouche de phospholipides surmontée d’une assise de lipopolysaccharide (LPS). Afin de franchir cette barrière, les bactéries à Gram négatif ont développé différentes voies de sécrétions spécifiques dédiées à l’export des protéines (effecteurs) du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire. Jusqu'à présent, six systèmes de sécrétion ont été identifiés chez ces bactéries. Chez Pseudomonas aeruginosa, une bactérie pathogène opportuniste, le système de sécrétion de type II appelé aussi sécréton Xcp constitue l’un des facteurs principales de sa virulence. Le sécréton Xcp est un complexe macromoléculaire formé par 12 protéines, nommées XcpAO et XcpPC-XcpZM. Ce complexe macromoléculaire est organisé en trois sous-complexes : i) une plateforme d’assemblage ancrée dans la membrane interne formé par les protéines XcpRESFYLZM ii) un pore de sécrétion localisé dans la membrane externe formé par l’oligomérisation d’une protéine appelé la sécrétine XcpQD. Le pore de sécrétion est connecté à la plateforme de la membrane interne par une protéine appelée XcpPC iii) un pseudopilus périplasmique sous forme de fibre hélicoïdale qui est formé par la multimérisation d’une protéine appelée la pseudopiline majeure XcpTG. D’autres protéines appelées les pseudopilines mineures XcpUH-VI-WJ-XK intègrent le pseudopilus. La première partie du travail effectué au cours de cette thèse a eu pour but d’étudier et de comprendre par des approches structurales, biochimiques et biophysiques le mécanisme d’assemblage des pseudopilines en pseudopilus. La deuxième partie de ce travail a porté sur l’étude des réseaux d’interactions entre les substrats sécrétés et les composants de la machinerie Xcp. Durant cette thèse, nous avons ainsi i) identifier grâce à l’étude des interactions protéine-protéine l’existence d’un complexe quaternaire entre les pseudopilines mineures XcpUH-VI-WJ-XK localisées au sommet du pseudopilus ii) déterminer les structures de la pseudopiline majeure XcpTG par RMN et de la pseudopiline mineure XcpWJ par cristallographie aux rayons X iii) déterminer les différents éléments du sécréton qui interagissent avec les exoprotéines du sécréton. Ce réseau d’interaction nous a permis de proposer un modèle de fonctionnement du sécréton qui élucide le cheminement des exoprotéines dans le sécréton afin qu’elles soient exportées vers le milieu extracellulaire. / Gram-negative bacteria are characterized by a complex organization of their cell envelope composed by the inner membrane (IM) called cytoplasmic membrane, the periplasmic space containing a peptidoglycan layer and the outer membrane (OM) covered by the lipopolysaccharide matrix. Gram-negative bacteria have evolved several specialized machines called secretion systems to export their effectors from the intracellular medium to the extracellular milieu or to the host cells. Up to now, at least six secretion systems have been identified. In the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa, the type II secretion system called the Xcp secreton is the major pathway for the release of virulence factors. The Xcp secreton is a macromolecular complex composed by 12 proteins called XcpAO, XcpPC-XcpZM. This machinery is organized in 3 sub-complexes: i) the assembly platform localized in the IM implicating XcpRESFYLZM proteins ii) the OM pore composed by the oligomerization of the secretin XcpQD. The connection between the assembly platform and the secretin is performed by XcpPC anchored in the IM iii) a periplasmic pseudopilus consisting of the multimerization of the so-called major pseudopilin XcpTG. The pseudopilus is a helicoidally filament spanning the periplasmic area and pushing the substrate into the secretin pore. Four other proteins, the minor pseudopilins XcpUH-VI-WJ-XK, were found in the pseudopilus. In the present work we first focused on the study of the pseudopilus components by biochemical, biophysical and structural strategies to understand their assembly. Secondly, we investigate the protein interactome between periplasmic secreton component and secreted substrates. Thus, we revealed the presence of a quaternary complex composed by XcpUH-VI-WJ-XK located at the tip of the pseudopilus. To understand at atomic scale the regulation of the pseudopilus, we determined the structure of two components of the pseudopilus XcpTG by NMR and XcpWJ by X-ray crystallography. Using systematic protein-protein interaction studies between secreton components and purified exoproteins of Pseudomonas aeruginosa, we identified 5 proteins of the secreton able to interact with exoproteins. This interaction network allowed us to propose a model for the secretion process including the sequential steps followed by exoproteins inside the secreton to leave the cell envelop.

Mon travail de thèse s'est focalisé sur la machinerie enzymatique impliquée dans la réplication du génome ARN du Syndrome Respiratoire Aigu Sévère-Coronavirus (SRAS-CoV). J'ai montré in vitro que l'activité ARN polymérase ARN-dépendante (RdRp) portée par nsp12 nécessite le complexe nsp7/nsp8, qui agit comme facteur de processivité. Grâce à ce complexe polymérase hautement actif, j'ai pu en suite étudier le mécanisme de "proofreading" (correction d'épreuve) associé aux coronavirus, pour lequel seulement des preuves indirectes avaient été assemblées. En effet, les coronavirus codent pour une activité exonucléase 3'-5' (nsp14-ExoN) qui lorsqu'elle est absente, entraine 14-fois plus d'erreurs de réplication en contexte cellulaire. In vitro, nous avons pu montrer que nsp14-ExoN est capable d'exciser l'ARN double brin ainsi qu'un nucléotide mésapparié en 3' de l'ARN en cours d'élongation. J'ai pu apporter pour la première fois une preuve directe de l'existence d'un système de réparation des erreurs au cours de la synthèse, mené par le complexe nsp7/nsp8/nsp12/nsp14. En effet, le complexe nsp7/nsp8/nsp12 ralentit jusqu'à 30-fois quand il rajoute une base mésappariée. Par sequençage, nous avons pu montrer la réparation de cette base mésappariée en presence de nsp14. Enfin, grâce à ce système in vitro nous avons une base pour comprendre l'inefficacité de la ribavirine sur des patients atteints du SRAS. En effet, la ribavirine, incorporée par le complexe polymérase, serait également excisée par nsp14, annihilant tout potentiel effet mutagenique. En conclusion, ce système va permettre de guider le développement d'antiviraux de type nucleoside analogues contre les coronavirus. / This work focused on the enzymatic machinery involved in Severe Acute Respiratory Syndrome-Coronavirus (SARS-CoV) RNA replication and transcription. Firstly, I established a robust in vitro polymerase assay with the canonical SARS-CoV RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) nsp12. I showed that nsp12, in order to engage processive RNA synthesis, needs two viral proteins, i.e. nsp7 and nsp8. This nsp7/nsp8 complex not only activates nsp12-RdRp, but also acts as a processivity factor. Thus, using this processive polymerase complex, I could investigate SARS-CoV proofreading for which only indirect evidences were reported. Indeed, coronaviruses encode for a 3'-5' exonuclease (nsp14-ExoN), putatively involved in a mechanism that proofreads coronavirus RNA during viral replication. We first showed in vitro that nsp14-ExoN, which is stimulated by nsp10, is able to excise specifically dsRNA as well as all primer/templates bearing a 3' mismatch on the primer. Moreover, we could confirm by sequencing that a RNA 3' mismatch was indeed corrected in vitro by the nsp7/nsp8/nsp12/nsp14 complex. We provide for the first time direct evidence that nsp14-ExoN, in coordination with the polymerase complex, is able to proofread RNA. Interestingly, using this in vitro system we found an element that could possibly explain the inefficacy of ribavirin therapeutic treatment on SARS-patients: ribavirin, which is incorporated by the SARS-CoV polymerase complex, would also be excised by nsp14. In conclusion, this system will drive future development of antivirals, particularly of the nucleoside analogue type, against coronaviruses.