Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les anthracyclines, comme la doxorubicine (DOX) ou la daunorubicine (DNR), sont utilisées dans le traitement d’une grande variété de cancers allant des lymphomes, au cancer du sein, en passant par certaines leucémies. Encore aujourd’hui, beaucoup pensent que les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive, toutefois, la plupart de ces mêmes personnes sont d’accord pour dire que la p-glycoprotéine est responsable d’exporter ces molécules hors de la cellule. Mais pourquoi une molécule aurait besoin d’un transporteur pour sortir de la cellule, et pas pour y entrer ? Qu’est-ce qui ferait que la diffusion passive fonctionnerait dans un sens, mais pas dans l’autre, d’autant que l’entrée des anthracyclines dans les cellules est très rapide ? Nous pensons qu’il existe bel et bien un transporteur responsable de faire passer les anthracyclines du milieu extracellulaire au cytoplasme, et nous voulons développer un modèle de levure qui permettrait de déterminer si une protéine, un transporteur, issue d’un autre organisme eucaryote est en mesure de transporter la DOX à l’intérieur de la cellule. Pour ce faire, nous avons rassemblé un groupe de mutants présentant une déficience dans l’absorption d’autres molécules chargées positivement telles que la bléomycine ou le NaD1 et avons déterminé le taux d’absorption de DOX de chacun de ces mutants. Les simples mutants sam3Δ ou dur3Δ n’ont montré qu’une faible réduction de l’absorption de DOX, voire, aucune, par rapport à la souche parentale. Si le double mutant sam3Δdur3Δ a montré une réduction relativement importante de l’absorption de DOX, c’est le mutant agp2Δ qui présentait la plus grande réduction d’absorption de DOX, ainsi qu’une résistance notable à son effet létal. Nous avons utilisé, par la suite, ce mutant pour exprimer, à l’aide d’un vecteur d’expression, une protéine du ver Caenorhabditis elegans, OCT-1 (CeOCT-1). Les résultats ont montré que cette protéine était en mesure de restaurer l’absorption de DOX, compromise chez le mutant agp2Δ ainsi que d’augmenter la sensibilité de la souche parentale à son effet létal, lorsqu’exprimée chez celle-ci. Cela suggère que CeOCT-1 est un transporteur fonctionnel de DOX et contredit également le dogme selon lequel les anthracyclines entrent dans les cellules par diffusion passive. / Anthracyclines such as doxorubicin (DOX) or daunorubicin (DNR) are used for treatment of a wide variety of cancers from lymphomas to breast cancer going through some leukemia. Still today, several people think that anthracyclines enter cells through passive diffusion, but these same people believe that the p-glycoprotein is involved in efflux of anthracyclines. We think that there is a transporter responsible for uptake of anthracyclines by cells and we want to develop a yeast model that would allow us to determine if protein from another eukaryote organism could be able to transport DOX into yeast cells. In order to do that, we gathered a group of mutants that are already known to be resistant to other positively charged molecules such as bleomycin and NaD1 and determined their ability to take up DOX. The simple mutants sam3Δ or dur3Δ showed no or slight decrease of DOX compared to parent. If the double mutant sam3Δdur3Δ showed rather significant uptake decrease, it is the agp2Δ that showed the grater decrease in DOX uptake as a resistance to its lethal effect. We used that mutant to express a protein from the worm Caenorhabditis elegans, OCT-1 (CeOCT-1). The results showed that this protein was able restore back the uptake of DOX that was compromised in agp2Δ and was also able to increase the sensitivity of the parent to its lethal effect. This leads us to believe that CeOCT-1 is functional transporter for DOX and goes against the dogma wherein anthracyclines enter the cells through passive diffusion.

Chez les eucaryotes, la voie de protéolyse Ub/ protéasome 26S est responsable de la dégradation sélective de la plupart des protéines intracellulaires. Cette dégradation par le protéasome 26S est initiée par une polyubiquitination de la protéine réalisée grâce à l’action d’une cascade enzymatique impliquant 3 types d'enzymes nommées « ubiquitin-activating enzyme » (E1), « ubiquitin-conjugating enzyme » (E2) et « ubiquitin-protein ligase » (E3). Il existe différentes classes d’ubiquitines ligases (E3), parmi lesquelles la plus connue est le complexe SCF (Skp1-Cullin-F-box). La protéine SKP1 fixe à la fois la Culline et la F-box qui va reconnaitre spécifiquement la protéine cible. Contrairement aux protistes, les champignons et certains vertébrés qui possèdent un unique gène SKP1 fonctionnel, de nombreux animaux et espèces de plantes présentent plusieurs SKP1 homologues. Vingt et un et trente deux gènes SKP1 ont été décrits respectivement chez Arabidopsis thaliana et Oryza sativa. En dépit de l’importance du complexe SCF, chez le riz, peu de travaux décrivent les interactions entre les dizaines de protéines « SKP1-like » et les centaines de protéines F-box. Dans un premier temps, nous avons collecté et analysé les séquences de 288 gènes « SKP1-like » appartenant à 17 espèces, dont la mousse Physcomitrella patens, cinq monocotylédones et 11 eudicotylédones. Les analyses structurales et phylogénétiques de ces gènes indiquent qu’ils peuvent être divisés en différentes sous-familles. Nos analyses ont montré qu’OSK1 et OSK20 chez le riz constituent une classe de gènes SKP1 à intron unique conservé. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le profil d’expression des gènes « SKP1-like » chez le riz. Notre investigation sur le nombre d’EST a montré que les gènes OSK1 et OSK20 sont les plus largement représentés dans les bases de données EST publiques. La méta-analyse de l’expression des gènes « SKP1-like » chez le riz, indique que les gènes OSK présentent des profils d'expression hétérogènes selon les tissus et les conditions physiologiques. Les résultats des intearctions protéine-protéine en double hybride ont révélé que les protéines OSK présentent différentes capacités d’interactions avec les protéines F-box. Cependant, OSK1 et OSK20 semblent interagir avec la plupart des protéines F-box testées. Les études de localisation subcellulaire ont indiqué que OSK1 et OSK20 sont des protéines nucléaires et cytosoliques. En se basant sur les divers résultats obtenus dans ce travail, nous pouvons suggérer que chez le riz, les gènes OSK1 et OSK20 sont fonctionnellement équivalents aux gènes ASK1 et ASK2 chez Arabidopsis thaliana. Nous pouvons également proposer les équivalents de ces gènes chez les autres espèces végétales dont le génome a été séquencé. / In eukaryotes, the ubiquitin Ub/26S proteasome pathway is responsible for the selective degradation of most intracellular proteins. This cellular process is initiated by protein polyubiquitination mediated by a three-step cascade involving: an ubiquitin-activating enzyme (E1), an ubiquitin-conjugating enzyme (E2) and an ubiquitin-protein ligase (E3). The E3 ubiquitin ligases contain several classes, among which the best-known are Skp1-Cullin-F-box (SCF) complexes. The SKP1 protein binds both Cullin and F-box which recognizes specifically the target proteins. Whereas protists, fungi and some vertebrates have a single functional SKP1 gene, many animal and plant species possess multiple SKP1 homologues. Twenty one and thirty-two SKP1-related genes have been described respectively in the Arabidopsis and Oryza sativa genome. Despite the importance of the SCF complex, there have been a few reports of systematic surveys of interactions between the dozens of SKP1-like proteins and the hundreds of F-box proteins in rice. In a first step, we retrieved and analyzed 288 SKP1-like genes belonging to 17 species including the moss Physcomitrella patens, five monocots and 11 eudicots. Structural and phylogenetic analysis of rice OSK genes and other plant SKP1-like genes have indicated that the different members of the plant SKP1 can be split into different subfamily. Our analyses indicated that OSK1 and OSK20 belong to a class of SKP1 genes that contain one intron at a conserved position. In a second step, we studied expression profiles of the rice Skp1-like genes. Our EST survey indicated that OSK1 and OSK20 are the most widely represented genes in public EST databases. Meta-analysis of the expression of rice SKP1-like genes indicated that OSK genes exhibit an expression profile that was heterogeneous in terms of tissues, conditions and overall intensity. Yeast two-hybrid results revealed that OSK proteins display a differing ability to interact with F-box proteins. However, OSK1 and OSK20 seemed to interact with most F-box proteins tested. Subcellular localization studies indicated that OSK1 and OSK20 are nuclear and cytosolic proteins. Based on the results obtained in this study, we can suggest that rice OSK1 and OSK20 are likely to have similar functions as do the Arabidopsis ASK1 and ASK2 genes. Similarly, we suggest a list of functional equivalent in the other sequenced plant genomes.

La maladie d’Alzheimer est la maladie neurodégénérative la plus fréquente chez l’Homme et constitue un enjeu économique et de santé publique majeur. Les cerveaux de patients atteints présentent une atrophie corticale associée à deux types de lésions : les dégénérescences neurofibrillaires, constituées de protéines Tau agrégées, et les plaques amyloïdes, composées majoritairement de peptides amyloïde beta Aß agrégés. Les peptides Aß et leur agrégation seraient à l’origine de la pathogenèse. Afin d’éclaircir les mécanismes moléculaires à la base de la toxicité d’Aß, nous avons construit un modèle de toxicité d’Aß dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ce modèle a permis d’établir que la toxicité d’Aß dans la levure est intimement liée à sa sécrétion et au trafic vésiculaire. Ce modèle nous a également permis de réaliser une étude structure-toxicité du peptide et de mettre en évidence des éléments en cis importants pour la toxicité d’Aß. Une nouvelle voie d’agrégation des peptides toxiques en structure riche en feuillet ß anti-parallèle a pu ainsi être mise en évidence. Le modèle de toxicité d’Aß et l’existence de variants très toxiques d’Aß dans la levure nous a permis de réaliser des cribles génétiques afin de rechercher les éléments modulant la toxicité d’Aß in vivo. Le trafic vésiculaire, en particulier l’endocytose via le remodelage du cytosquelette d’actine, un complexe responsable de la formation de vésicules intraluminales appelé ESCRT, forment autant de pistes à étudier pour améliorer notre compréhension de la toxicité d’Aß. / Alzheimer’s disease is the most common neurodegenerative disease. This pathology is caused by aggregation of Aß peptides. The exact mechanism of neuronal cell dysfunction in Alzheimer’s disease is poorly understood and numerous models have been used to decipher the mechanisms leading to cellular death. In order to clarify the molecular mechanisms underlying the toxicity of Aß, we generated a new model to study Aß toxicity in yeast Saccharomyces cerevisiae. In our model, Aß toxicity is closely related to its secretion and its intracellular traffic. Indeed, when Aß is targeted to the secretory pathway, it is able to produce toxic species. Interestingly, we demonstrated also that even if Aß is addressed to the secretory pathway, it is still able to form cytoplasmic aggregates. Moreover, with this model, we generated new highly toxic mutants of Aß by random mutagenesis. In order to correlate structural conformation ‘signature’ to Aß toxicity, we performed a structure-toxicity study of these new variants. In vitro, we demonstrated that a new anti-parallel aggregation pathway is associated with highly toxic mutants of Aß. Then, using our Aß yeast model and also these harmful variants, we performed genetic screens in order to identify candidate genes able to modulate Aß toxicity in vivo. Given these different screens, we found that vesicular trafficking, endocytosis via actin cytoskeleton remodeling, and ESCRT-III (Endosomal Sorting Complex Required for Tansport) open new avenues to improve our understanding of Aß toxicity.

Cette thèse porte sur l’éco-extraction et l’encapsulation de pigments naturels pour une exploitation et application dans les industries alimentaire, cosmétique et pharmaceutique. Dans ce but, l'extraction assistée par micro-ondes (MAE) ou par ultrasons (UAE) et celle par liquides ioniques (LI) ont été évaluées pour l'extraction de caroténoïdes et d'anthocyanes de plantes vietnamiennes. Les résultats obtenus montrent que le MAE a été un système permettant d'accélérer et d'améliorer tous les types d'extraction testés alors que les ultrasons se sont montrés particulièrement efficaces lorsque les pigments étaient présents à la surface des tissus végétaux. Cependant, l’UAE améliore également les résultats par rapport à des extractions sans assistance. Les LI classiques ne sont pas adaptés pour l’extraction des pigments caroténoïdes et anthocyaniques qui sont généralement non volatils et thermosensibles car il n'a pas été possible de séparer les pigments extraits des LI dans des conditions douces. Pour remédier à ce problème, des LI réversibles ont été évalués. Le DBU/ 1-hexanol était efficace pour extraire les caroténoïdes relativement accessibles, mais, en raison d'une viscosité élevée, il perdait son efficacité pour d'autres tissus. La deuxième partie de cette thèse concerne l’encapsulation d’anthocyanes d’hibiscus dans des levures. Nous avons d’abord travaillé avec des levures entières. Les résultats ont montré que les cellules de levure étaient un bon matériau pour l'encapsulation des anthocyanes. Cependant, pour les levures non désactivées, les enzymes ont provoqué une perte indésirable de couleur des anthocyanines pendant le stockage. Les microparticules de levures traitées thermiquement ont montré un effet protecteur élevé pendant le stockage. Puis, comme les anthocyanes étaient majoritairement encapsulées dans le réseau pariétal des levures, nous avons utilisé les écorces de levures séparées du reste des cellules. Les microparticules des écorces de levure ont apporté une bonne protection pour les anthocyanes contre l'humidité, la chaleur et la lumière. En comparant avec les microparticules de maltodextrine, celles des écorces de levure étaient plus stables dans des conditions d'humidité élevée. En général, les microparticules de levure ont montré une capacité à protéger les anthocyanes et à garder la couleur rouge de la poudre d’anthocyanes encapsulées. Ces résultats montrent que la poudre d’anthocyanes encapsulées dans des levures ou écorces de levure a un avenir prometteur pour être appliquée dans les industries alimentaire, cosmétique et pharmaceutique. / This thesis deals with extraction processes using assistance technologies or green solvents and encapsulation systems of natural pigments in order to exploit and apply them in the food, cosmetic and pharmaceutical industries. In this goal, microwave-assisted extraction (MAE), ultrasonic-assisted extraction (UAE) and Ionic liquids (IL) were evaluated for the extraction of carotenoids and anthocyanins from Vietnamese plants. The results obtained show that the MAE was always a rapid and helpful system for all types of extraction tested whereas ultrasounds were particularly efficient when pigments are present on the surface of plant tissues. However, UAE was also improving results compared to conditions without assistance. Traditional IL are not suitable for the extraction of carotenoid and anthocyanin pigments that are generally non-volatile and heat-sensitive because it has not been possible to separate pigments extracted from IL under mild conditions. Therefore switchable IL were evaluated. DBU/ 1-hexanol was efficient to extract carotenoids that were relatively accessible, but, due to its high viscosity, it lost efficacy for other tissues. The second part of this thesis concerns the encapsulation of Hibiscus anthocyanins in yeasts. We have first worked with whole yeast cells. The results showed that yeast cells were a good material for the encapsulation of anthocyanins. However, yeast enzymes caused undesirable colour loss of anthocyanin during storage. Microparticles of heat-treated yeasts showed a high protective effect during storage. Then, as it was interesting to keep the pigments in the cell wall and deactivate the yeast enzymes, we used yeast hulls. Yeast hull particles brought a good protection to anthocyanins against moisture, heat and light. In comparison with maltodextrin microparticles, yeast hull ones were more stable in high humidity. In general, yeast microparticles have shown an ability to protect anthocyanins and to keep the red color of encapsulated anthocyanin powder. These results show that yeast encapsulated anthocyanins powder has a promising future to be applied in the food, cosmetic and pharmaceutical industries.

Chez les levures, organismes eucaryotes unicellulaires, le glucose est la source d'énergie préférée. La levure modèle Kluyveromyces lactis possède deux perméases au glucose. L'expression d'une de ces deux perméases, codée par le gène RAG1, est induite par la présence de glucose extracellulaire et cette régulation transcriptionnelle dépend de la détection du glucose par un senseur membranaire spécifique, Rag4. Cependant, la régulation de l'expression de RAG1 dépend également de la capacité des cellules à métaboliser le glucose via la glycolyse. En effet, l'expression de RAG1 est fortement affectée dans des mutants glycolytiques malgré la présence de glucose extracellulaire. Au cours de cette thèse, nous nous sommes attachés à déterminer les mécanismes via lesquels la glycolyse contrôle l'expression de RAG1. Grâce à l'utilisation de mutants glycolytiques ou d'inhibiteurs chimiques de la glycolyse chez K. lactis, nous avons démontré que la glycolyse régule la stabilité du senseur Rag4 à la membrane plasmique et contrôle ainsi la voie de signalisation du glucose et l'expression de RAG1. De plus, ce mécanisme de contrôle est conservé chez la levure modèle Saccharomyces cerevisiae. L'étude plus approfondie de Rag4 nous a permis de déterminer que la transmission du signal glucose requiert la queue C-terminale cytoplasmique de Rag4, qui sert de plateforme d'interaction protéique. La caractérisation fonctionnelle de Rag4 nous a permis de mettre en évidence que la protéine contient plusieurs domaines impliqués dans le contrôle de sa stabilité en fonction du type de signal induisant la déstabilisation: signal glycolytique ou changement de source de carbone. Enfin, la nature du signal issu de la glycolyse qui cible le senseur membranaire Rag4 a été étudiée en testant deux hypothèses : le signal est protéique (enzyme de la glycolyse) ou métabolique (métabolite intermédiaire de la glycolyse). Ces travaux de thèse ont permis de mettre en évidence un rôle inédit de la glycolyse dans le contrôle de la stabilité des senseurs membranaires du glucose chez les levures K. lactis et S. cerevisiae / Yeasts are unicellular eukaryotic organisms which prefer glucose as energy source. The yeast model Kluyveromyces lactis has two glucose permeases. The expression of one of its permeases, RAG1, is induced by extracellular glucose. The glucose signaling pathway responsible for RAG1 expression regulation is dependent upon glucose sensing through a specific membrane glucose sensor, Rag4. However, RAG1 expression is also dependent upon glucose metabolism by glycolysis. Indeed, in glycolytic mutants RAG1 expression is strongly affected even when glucose is present. During these doctoral studies, we characterized mechanisms involved in glycolytic control on glucose signaling. Using glycolytic mutant or glycolysis chemical inhibitors, we have demonstrated that, in K. lactis, glycolysis targets the stability of the glucose sensor Rag4, controlling glucose signaling and RAG1 expression. This glycolytic control appears to be conserved in the yeast model Saccharomyces cerevisiae. We have shown that the C-terminal cytoplasmic tail of glucose sensor Rag4 is necessary for glucose signaling and forms a protein interaction platform. Rag4 protein contains several domains controlling Rag4 stability in response to different destabilization signals: glycolytic signal or carbon source signal. Finally, the nature of the glycolytic signal was studied considering two hypotheses: protein nature (e.g. glycolytic enzyme) or metabolic nature (e.g. glycolysis metabolic intermediate). This doctoral thesis underlines a new role of glycolysis in controlling membrane glucose sensor stability in K. lactis and S. cerevisiae

La membrane bactérienne a fait l'objet de nombreuses études de localisation de protéines et de phospholipides. Par fusion d’une protéine fluorescente (GFP) aux gènes d’intérêt, il est alors possible d‘observer la localisation des protéines associées par microscopie. La plupart de ces observations ont été réalisées à l’aide de microscopes dits à épifluorescence. Afin d’obtenir une qualité d’image suffisante, il était nécessaire de surexprimer la protéine observée, insérée à un locus ectopique non naturel. Ce travail de thèse a permis d’utiliser une nouvelle technologie acquise dans notre laboratoire, le microscope à fluorescence par réflexion totale interne (TIRFM), plus puissant que le microscope à épifluorescence utilisé précédemment. Cette technologie a permis une caractérisation plus détaillée de la localisation de protéines d’intérêt, placées sous contrôle de leur promoteur naturel. Il a également été possible de caractériser la dynamique des foci observés. Nous avons concentré notre étude sur 3 protéines: (i) SecA pour l’étude de la translocation des protéines du cytoplasme vers la membrane, (ii) YidC pour l’insertion des protéines dans la membrane, (iii) PgsA pour la synthèse des phospholipids. Les foci se déplacent dynamiquement et s’associent de manière transitoire dans la membrane. L’observation sur la durée de ces foci, et l’analyse de leur intensité moyenne au cours des observations, montre que SecA se déplace sur l’ensemble de la membrane de manière uniforme. L’analyse du déplacement des foci montre une relation quadratique entre la distance moyenne parcourue par les foci en fonction du temps. Ce résultat est en accord avec l’hypothèse d’un mouvement brownien des foci. Les foci sont observés dans les différentes phases de croissance des cellules, et le nombre de foci présents dans une cellule de la longueur de celle-ci. SecA-GFP a été testés dans un certain nombre de contextes génétiques. La localisation a été perturbée lors de la déplétion de pgsA. Cependant, comme PgsA est une protéine essentielle, il ne peut être exclu que ce changement de localisation apparaît des cellules qui sont mortes ou mourantes. Dans une souche mutante ΔclsA, on n’observe aucune différence dans la localisation de SecA en phase exponentielle, mais on aperçoit une relocalisation aux poles en phase stationnaire de croissance. La voie Tat est responsable du transport des protéines devant être exportées dans un état structuré, par exemple dans le cas de l’incorporation d’un co-facteur. À ce jour, la régulation du système Tat est peu connues, de même que les interactions entre les différentes sous-unités du système Tat et d'autres protéines dans le cytoplasme, dans la membrane ou dans la paroi cellulaire. Des fusions de les gènes de la voie Tat ont été co-exprimées deux à deux dans des cellules de levure, et leur capacité à interagir in vivo a été testée par la méthode dite du double hybride chez la levure. Nous avons généré un réseau d’interaction autour des cinq composants de système Tat. Pour déterminer les implications fonctionnelles des composants du réseau, nous avons travaillé en collaboration avec le laboratoire de Jan-Maarten van Dijl. Nous avons utilisé une collection de souches mutantes pour lesquels certains composants individuels du réseau ont été retires. Trois a été observe d’etre nécessaires pour la sécrétion Tat-dépendante. Nous avons étudié la localisation des fusions GFP avec ces proteins. On a observé une localisation double de HemAT selon l’état physiologique de la cellule. En phase exponentielle, les cellules de B. subtilis sont généralement présentes sous forme de chaînes dans lesquelles le septum de division a déjà été formé, mais la séparation cellulaire n'a pas encore eu lieu. Une fusion de la GFP à CsbC apparaît de façon homogène dans la membrane. / In the years since the cloning of GFP, the field of bacterial cell biology has characterized a variety of specific protein localization patterns in the bacterial membrane. The vast majority of early subcellular localization studies made use of inducible GFP fusions, which generally required the presence of high concentrations of inducer, and can therefore be considered to be overexpressed. An outstanding question remains over the organization of natively expressed proteins in the membrane. Here, we have investigated the localization of functional GFP fusions to proteins catalyzing important membrane processes; the secretion motor protein SecA, the membrane insertase YidC1, and the essential phospholipid synthase PgsA using total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM). This allowed natively expressed proteins to be localized with temporal resolution that can capture their dynamics. We characterized dynamic complexes dispersed throughout the membrane displaying diffusive movement with no preferred trajectories. Further characterization focused upon identifying conditions in which the localization pattern was disturbed. A polar mislocalization was identified in a cardiolipin mutant strain. The yeast two-hybrid (Y2H) approach is a robust approach to detect binary interactions on a proteome-scale. We performed genome-wide Y2H screens as well as targeted Y2H analyses for specific interactions involving components of the Sec and Tat secretion machineries of B. subtilis, revealing an intricate protein-protein interaction network involving 71 proteins. Furthermore, three proteins identified in the Tat network, WprA, CsbC and HemAT, were shown to be important for effective protein secretion via the B. subtilis Tat system, indicating that our yeast two hybrid assays reveal biologically significant interactions involving membrane proteins. The studies provide a novel proteomic view on the interaction network of the secretion systems of B. subtilis.

Les objectifs de cette thèse sont, d’une part, de développer un système d’agitation performant en termes de transfert d‘oxygène et de forces de cisaillement afin qu’il soit adapté aux cultures de levures, de bactéries et de champignons filamenteux. D’autre part, de mettre au point un procédé de production des spores de champignons en milieu liquide pour remplacer la culture sur milieu solide (boîte de roux) utilisée au démarrage de la thèse par la société DSM. Ces travaux ont permis de sélectionner le mobile type « oreilles d’éléphant » comme système d’agitation. Son efficacité de transfert d’oxygène a été caractérisée dans une large gamme de débits d’air et de vitesses d’agitation. Les données obtenues ont été modélisées pour développer un outil de prédiction du KLa et d’extrapolation de procédé d’agitation. L’approche utilisée pour l’extrapolation est basée sur la similitude non géométrique et le maintien du coefficient de transfert d’oxygène (KLa) constant entre les échelles. L’efficacité du nouveau mobile d’agitation a été validée à l’échelle pilote en présence des cultures de bactéries, de levures et de champignons. Parallèlement au choix du mobile d’agitation, un procédé de production de spores de champignons filamenteux en milieu liquide a été développé. Ainsi, le milieu de culture et les conditions opératoires de chaque étape de la fermentation (germination, croissance végétative et sporulation) ont été optimisés. Ce nouveau procédé permet d’obtenir jusqu’à 200.106 cellules par millilitre de culture aussi bien à l’échelle du laboratoire que pilote (900L). Il a été aussi validé en présence de cultures de levures et de bactéries. Sur le même principe, les données obtenues à l’échelle pilote ont permis de développer un outil d’extrapolation à l’échelle industrielle de 10 m3 / The objectives of this thesis are, on one hand, to develop an efficient system of agitation in terms of oxygen transfer and shear stress, suited for the fermentation of yeasts, bacteria and filamentous fungi, on the other hand, to develop a process of spore production in a liquid medium. This new process will be used instead of the solid culture in Roux flasks used by DSM at the beginning of the PhD program. In a first step, we have selected “Elephant Ears” impellers as stirrers; its effectiveness of oxygen transfer was characterized in a broad range of stirring speeds and airflow rates. The data obtained were modeled and a predictive tool for KLa and process extrapolation was developed. The extrapolation is based on the non-geometrical similarity and the coefficient of oxygen transfer (KLa) was kept constant between scales. The effectiveness of the new stirrer was validated in a pilot-scale in the presence of the cultures of bacteria, yeasts and filamentous fungi. Besides the studies on the stirrer, a process in a liquid medium of filamentous fungi was developed. Thus, the fermentation medium and the operating conditions of each steps of the fermentation (germination, vegetative growth, and sporulation) were optimized. This new process makes possible to obtain up to 200.106 cells per milliliter of culture on both laboratory and pilot scale (900L). Finally, the data gathered on the pilot scale was used to extrapolate this process to the industrial-scale of 10m3

L’expression aromatique fruitée des vins rouges a été le sujet de nombreuses études qui démontrent qu’au moins une composante de cette expression est le reflet d’interactions perceptives impliquant des esters. La synthèse de ces esters peut être affectée par la levure réalisant la fermentation alcoolique mais aussi par d’autres paramètres, plus technologiques, comme le niveau de maturité de la vendange. De plus, peu d’études ont été réalisé afin de valider le rôle physiologique tenu par les esters pour la levure.Dans le but de mettre en évidence plus précisément le rôle de ces facteurs dans la synthèse des esters, des souches de levures délétés des majeures estérases ont été construites, et testées en fermentation en milieu œnologique, dans des moûts de merlot et de tempranillo récoltés à deux maturités différentes. Ainsi, la concentration en chaque esters linéaires et substitués a pu être déterminée dans chaque modalité de vinification.L’étude des différents mutants de délétion, a permis, pour la première fois, de valider le rôle des principales estérases dans la synthèse des esters linéaires chez la levure mais aussi, la mise en évidence de deux gènes, non étudiés jusqu’alors en condition œnologique, sur la synthèse des esters substitués. L’analyse de l’expression génétique de la délétion des estérases chez la levure a permis aussi de valider que ces gènes permettent une véritable stabilité physiologique de la levure en conditions stressante.L’impact du degré de maturité de la vendange a été étudié à la fois chez les vins fermentés avec une levure standard commerciale mais aussi fermentés avec une levure délétée des 4 principales estérases. Une maturité avancée, des raisins de merlot seulement, entraine une baisse de 50% de la teneur en esters linéaire avec la levure standard, ce qui n’est plus observé avec la levure mutante. Cette diminution de la concentration en esters linéaire dans ces vins de merlot de maturité avancée, est bien corrélée à une diminution de leur perception fruitée. De plus, des reconstitutions aromatiques faites dans ces matrices, ont permis de valider l’implication totale des esters dans la perception de l’arôme fruité des vins rouges réalisés avec des matrices de maturité normale. En revanche en ce qui concerne les vins de merlot de maturité avancée, il existerait d’autres composés en plus des esters qui pourraient expliquer les différences sensorielles observées dans ces vins.Enfin, une approche de transcriptomique est mise en œuvre pour tâcher d’éclairer les facteurs à l’origine des modifications de production d’esters en fonction du niveau de maturité des raisins de merlot. Il en est sorti que l’effet maturité n’existe pas seul mais est bien combiné avec l’avancée de la fermentation alcoolique. L’effet global de la matrice qui peut expliquer les différences observées entre les vins de merlot. / A lot of studies highlighted the perceptual role of esters in fruity aromatic expression of red wines, demonstrating that at least partially it was due to perceptive interactions. The synthesis of these esters can be affected by the yeast making the alcoholic fermentation but also by other parameters, more technological, such as the level of maturity of the harvest. In addition, few studies have been conducted to validate the physiological role of esters for yeast.In order to more precisely highlight the role of these factors in the synthesis of esters, deleted yeast strains of the major esterases have been constructed, and tested in fermentation in an oenological environment, in merlot and tempranillo musts harvested at two different maturities. Thus, the concentration of each linear and substituted ester could be determined in each vinification modality.The study of the different deletion mutants allowed, for the first time, to validate the role of the main esterases in the synthesis of linear esters in yeast but also the demonstration of two genes, not yet studied in oenological conditions, on the synthesis of substituted esters. The analysis of the genetic expression of the esterase deletion in yeast has also validated that these genes allow a true physiological stability of the yeast under stressful conditions.The impact of the degree of maturity of the harvest has been studied both in wines fermented with a standard commercial yeast but also fermented with a yeast deleted from the 4 main esterases. Advanced maturity, merlot grapes only, results in a 50% drop in linear ester content with standard yeast, which is no longer observed with the mutant yeast. This decrease in the concentration of linear esters in these mature Merlot wines is well correlated with a decrease in their fruity perception.In addition, aromatic reconstitutions made in these matrices made it possible to validate the total involvement of esters in the perception of the fruity aroma of red wines made with matrices of normal maturity. On the other hand, for mature merlot wines, there are other compounds besides esters that could explain the sensory differences observed in these wines.Finally, a transcriptomic approach is implemented to try to shed light on the factors that cause ester production changes as a function of the maturity level of merlot grapes. It has emerged that the maturity effect does not exist alone but is well combined with the progress of alcoholic fermentation. The overall effect of the matrix that can explain the differences observed between merlot wines.

La terminaison de la traduction intervient lorsqu'un ribosome rencontre un codon stop. Ce dernier est alors reconnu par le facteur eRF1p qui, en interaction avec eRF3p, provoque l'arrêt de la synthèse protéique. L'efficacité de terminaison de la traduction est déterminée par le contexte nucléotidique du codon stop. Ainsi, le contexte peut reprogrammer le codon stop en permettant aux ribosomes d'incorporer un ARNt avec une forte efficacité, on parle alors de translecture. J'ai démontré que chez S. cerevisiae les six nucléotides en 3' du codon stop sont déterminants dans l'efficacité de translecture, et que le motif général -CA(A/G)N(T/C/G)A- permet d'obtenir les plus fortes efficacités de passage des codons stop. Mon travail met en évidence que la translecture, identifiée jusqu'à présent uniquement dans des gènes viraux, est aussi retrouvée dans des gènes nucléaires. Elle permet de modifier l'expression des protéines concernées, en fonction des conditions environnementales. C'est notamment le cas du gène PDE2, pour lequel j'ai montré que la translecture permet de contrôler la stabilité de la phosphodiestérase de l'AMPc, et module ainsi le niveau d'AMPc intracellulaire. L'augmentation du niveau d'AMPc observée dans une souche [PSI+] pourrait permettre d'expliquer la grande diversité des phénotypes associés au facteur [PSI+]. Durant ce travail d'autre gènes soumis à un mécanisme de translecture ont été identifiés : il s'agit des gènes IMP3 et BSC4. Pour certains des autres candidats identifiés par notre approche "sans apriori", l'efficacité de translecture est indépendante de la concentration en facteur eRF3p. Ce résultat pourrait signifier qu'au niveau de ces codons stop, le mécanisme de terminaison est indépendant du facteur eRF3p. Le crible d'une banque multicopie d'ADNg m'a permis d'identifier de nouveaux candidats intervenant dans la terminaison de la traduction, ces résultats suggèrent une relation fonctionelle importante entre le cytosquelette et la terminaison de la traduction. L'étude des modifications des ARNt à mis en évidence le rôle important de la pseudouridination aux positions 38 et 39 dans les mécanismes de recodage (translecture et décalage du cadre de lecture). Ce travail a donc mis en évidence que la terminaison de la traduction est un point de contrôle de l'expression de certains gènes chez S. cerevisiae.