Les RAB GTPases sont des régulateurs majeurs du trafic vésiculaire et sont localisées sur des compartiments spécifiques. L'identification des processus moléculaires régulant la localisation des RAB est donc cruciale afin de comprendre les mécanismes de transport intracellulaire. Nous sommes parvenus, pour la première fois, à incorporer des protéines RAB purifiées et prénylées dans des membranes artificielles. Nous avons tout d'abord observé que RAB6 est capable de promouvoir une agrégation de vésicules, phénomène qui n'est pas observé avec RAB1 et RAB5. Nous suggérons un modèle dans lequel RAB6 interagit en trans avec lui-même et par conséquent induit un accolement de membranes. La partie principale de cette étude consistait à identifier les propriétés physicochimiques des membranes requises pour le recrutement des protéines RAB. Nous avons observé que RAB1, RAB5 et RAB6 se lient préférentiellement à des membranes désordonnées et courbées, phénomène qui s'explique par l'insertion du groupement prenyl hydrophobe au niveau de défauts d'agencement de lipides. En revanche, le recrutement de RAB35 requiert la présence de lipides chargés négativement et peut être modulé, dans une moindre mesure, par les défauts d'agencement lipidique. Bien que RAB4 et RAB11 soient recrutées sur des fractions de Golgi purifiées, les charges membranaires et les défauts d'agencement lipidique ne sont pas suffisants pour permettre leur recrutement sur des vésicules synthétiques. Cela suggère que le recrutement de RAB4 et RAB11 nécessite des propriétés membranaires plus complexes. Nos travaux démontrent que les propriétés membranaires sont cruciales pour la localisation spécifique des protéines RAB. / RAB GTPases are major regulators of vesicular trafficking and localize to specific compartments. Deciphering the molecular mechanisms governing RAB localization is thus critical to understand intracellular transport processes. We have managed, for the first time, to incorporate purified and prenylated RABs into artificial membranes. By doing so, we observed that RAB6, but not RAB1 or RAB5, is able to promote by itself vesicle tethering. We believe that RAB6 is able to interact in trans with itself and to consequently drive homotypic membrane tethering. In the main part of this study, we investigated the physicochemical membrane requirements necessary for RAB recruitment. RAB1, RAB5 and RAB6 were all found to only localize to disordered membrane domains and to preferentially bind to curved membranes. We demonstrated that this specific recruitment of RAB1, RAB5 and RAB6 is primarily dependent on the hydrophobic insertion of their prenyl group into lipid packing defects. In contrast, RAB35 recruitment was primarily dependent on the presence of negatively charged lipids and was found to be modulated, to a lesser extent, by lipid packing defects. Although RAB4 and RAB11 were effectively recruited to purified Golgi fractions, in an effector-independent manner, membrane charges and lipid packing defects were not sufficient to promote their recruitment to synthetic vesicles; suggesting that RAB4 and RAB11 require more demanding membrane physicochemical properties. Our work demonstrates that the properties of membranes are critical for the regulation of RAB specific membrane targeting.

Le genre Bradyrhizobium est le genre de rhizobia qui nodule la plus grande diversité d’espèces de légumineuses. Certaines de ces bactéries ont la particularité d’établir une symbiose fonctionnelle avec des légumineuses du genre Aeschynomene en utilisant un processus Nod-indépendant. De plus, au sein des nodules d’Aeschynomene, les Bradyrhizobium subissent une différenciation terminale en bactéroïde qui s’accompagne de modifications métaboliques et morphologiques drastiques. A la différence de la majorité des autres rhizobia, des hopanoïdes sont retrouvés au sein des membranes de l’ensemble des souches de Bradyrhizobium, dont certains, de façon inédite, liés à l’une des très longue chaîne d’acide gras (VLCFA) présentent sur le lipide A du LPS de ces bactéries. De plus, le LPS des Bradyrhizobium photosynthétiques possède un antigène-O également inédit et non-immunogénique. Le but de cette thèse était de déterminer si les particularités de la membrane externe des Bradyrhizobium pouvaient être impliquées dans la physiologie de ces bactéries ainsi que dans l’initiation et le maintien de la symbiose avec Aeschynomene. Les résultats obtenus ont mis en évidence que les hopanoïdes et plus particulièrement ceux liés au lipide A, ainsi que les VLCFAs permettent de rigidifier la membrane externe des Bradyrhizobium. Ces propriétés leur confèrent ainsi une plus grande résistance face aux conditions de stress, dont celles présentes au sein des nodules d’Aeschynomene, ce qui permet aux Bradyrhizobium de maintenir une symbiose efficiente avec ces plantes. Ces travaux ont ainsi permis d’avancer dans la connaissance de la voie de biosynthèse et du rôle du LPS atypique et des hopanoïdes des Bradyrhizobium et pourrait conduire à la production d’inocula plus résistants. / The Bradyrhizobium genus is the genus of rhizobia which nodulates the widest range of legume species. Some of these bacteria have the peculiarity of establishing a functional symbiosis with legumes of the genus Aeschynomene using a Nod-independent process. Moreover, within Aeschynomene nodules, the Bradyrhizobium strains undergo a terminal differentiation into bacteroids which is accompanied by drastic metabolic and morphological changes. Unlike the majority of other rhizobia, hopanoids are found in the membranes of all the Bradyrhizobium strains, some of which linked to one of the very long chain fatty acid (VLCFA) on the lipid A of these bacteria. In addition, LPS of photosynthetic Bradyrhizobium have an O-antigen that is also unique and non-immunogenic. The aim of this thesis was to determine whether the peculiarities of the external membrane of Bradyrhizobium strains could be implicated in the physiology of these bacteria as well as in the initiation and maintenance of the symbiosis with Aeschynomene. The obtained results showed that hopanoids and more particularly those linked to the lipid A, as well as the VLCFAs rigidify and stabilize the outer membrane of Bradyrhizobium strains. These properties give them greater resistance to stress conditions, including those present in Aeschynomene nodules, which allows the Bradyrhizobium to maintain an efficient symbiosis with these plants. This work allowed us to advance in the understanding of the biosynthesis and the role of the atypical LPS and the hopanoids produced by the Bradyrhizobium strains and could lead to the production of more resistant inocula.

Les rhabdomyolyses correspondent à la destruction de fibres musculaires striées squelettiques et mettent en jeu le pronostic vital. La principale cause génétique est liée à un défaut d’oxydation des acides gras ; néanmoins, plus de la moitié des cas n’ont pas de cause identifiée. En 2008, des mutations du gène LPIN1 ont été rapportées comme une nouvelle étiologie de rhabdomyolyse de transmission autosomique récessive. La protéine lipin1 a une double fonction : un rôle de PAP1 intervenant dans la synthèse du triacylglycérol et des phospholipides membranaires ; un rôle de co-activateur transcriptionnel en association avec les PPARs et PGC1α pour réguler de nombreux gènes impliqués dans le métabolisme, dont certains de l’OAG. Lipin1 a deux homologues, lipin2 et lipin3, qui possèdent une activité PAP1 et un site de fixation à des récepteurs nucléaires tels que les PPARs. Nous avons montré que les mutations de LPIN1 rendent compte de plus de 50% des cas de rhabdomyolyse sévère de la petite enfance, une fois écarté le diagnostic de déficit de l’OAG. Une délétion intragénique en phase a été fréquemment identifiée chez les Caucasiens. Nous avons montré qu’il s’agissait d’un probable effet fondateur et que cette délétion est délétère. En effet, à l’inverse de la forme normale de lipin1, la forme délétée est incapable de complémenter la levure pah1, déficiente pour l’homologue de LPIN1. Nous avons ensuite étudié, dans une série de 171 patients, l’implication de LPIN1 dans des pathologies musculaires moins sévères, ainsi que le rôle des deux homologues LPIN2 et LPIN3. Les mutations de LPIN1 sont impliquées dans les rhabdomyolyses sévères et précoces uniquement et les accès de rhabdomyolyse ont toujours un facteur déclenchant, le principal étant les infections aiguës fébriles. Aucune altération majeure de LPIN2 et de LPIN3 n’a été identifiée, même dans des phénotypes modérés. Enfin, nous avons cultivé des myoblastes et des myotubes de patients avec mutations de LPIN1 afin d’étudier les mécanismes de rhabdomyolyse. Les myoblastes déficients en lipin1 ont une activité PAP1 très diminuée et une accumulation de gouttelettes lipidiques. Le niveau d’expression des gènes cibles des facteurs de transcription co-activés par lipin1 (PPARδ, PPARα, PGC1α, ACADVL, CPT1B and CPT2) sont inchangés par rapport aux contrôles, alors que le niveau de lipin2 est augmenté. L’analyse transcriptomique sur cultures de myotubes a identifié chez les patients 19 gènes sous-exprimés et 51 sur-exprimés, notamment ACACB, qui code pour Accβ, enzyme clé de la balance synthèse d’acides gras/OAG. L’invalidation d’ACACB par siRNA dans des myoblastes déficients en lipin1 diminue le nombre de gouttelettes lipidiques, confirmant le lien entre la sur-expression d’ACACB et l’accumulation d’acides gras libres chez les patients. Cependant, le taux de malonyl-CoA, produit d’Accβ, et l’activité CPT1 (étape limitatrice de l’OAG, inhibée par le malonyl-CoA), sont comparables entre myoblastes de patients et de contrôles. Néanmoins, le traitement des cultures par l’association de tumor necrosis factor alpha et d’interleukine-1 β, choisis pour simuler les conditions pro-inflammatoires des infections aiguës, entraîne une augmentation encore plus poussée du taux de malonyl-CoA, une diminution de l’activité CPT1 et une augmentation de l’accumulation de gouttelettes lipidiques chez les patients. Au total, nos données placent LPIN1 comme une cause importante de rhabdomyolyse héréditaire. Le déficit en lipin1 entraine une perturbation du métabolisme lipidique, via une sur-expression d’ACACB, qui est exacerbée en conditions pro-inflammatoires. Nos résultats suggèrent que les conséquences du déficit en lipin1 sont compensées par des mécanismes d'adaptation suffisants en condition normale, mais insuffisants pour la demande métabolique induite par des stress environnementaux comme l'infection, conduisant aux rhabdomyolyses. / Rhabdomyolyses correspond to the destruction of skeletal muscular fibers and are possibly life-threatening. The main genetic cause is linked to defects of fatty acid oxidation (FAO) ; nevertheless, half of the cases have no identified aetiology. In 2008, mutations of LPIN1 gene have been reported as a new cause of autosomal recessive rhabdomyolysis. Lipin1 protein has a double function : 1) a role of phosphatidate phosphatase 1 (PAP1) involved in synthesis of triacylglycerol and membrane phospholipids ; 2) a role of transcriptional co-activator which regulates, in association with the PPARs (peroxysome-proliferator activated receptor) and PGC1α (PPARγ-coactivator1α), numerous genes involved in the metabolism including some genes encoding FAO enzymes. Lipin1 has got two homologues, lipin2 and lipin3, which have a PAP1 activity and a binding site for nuclear receptors, such as the PPARs. We have shown that LPIN1 mutations account for more than 50% of the cases of severe rhabdomyolysis of early infancy, when FAO defects have been excluded. An intragenic in frame deletion has been frequently identified in Caucasians. We have shown that it probably comes from a founding effect and that this deletion is deleterious. Unlike normal lipin1, deleted lipin1 protein is unable to complement the Δpah1 yeast which is defective for the yeast LPIN1 homolog. In a series of 171 patients, we have further studied the involvement LPIN1 in less severe muscular diseases, as well as the role of the two homologues LPIN2 and LPIN3. LPIN1 mutations are involved only in severe and early rhabdomyolyses and the bouts of rhabdomyolysis always have a triggerring factor, mainly acute febrile infections. No major alteration of LPIN2 and LPIN3 has been identified, even in milder phenotypes. Eventually, we have cultivated myoblasts and myotubes of patients with LPIN1 mutations in order to study the mechanisms of the rhabdomyolysis. Lipin1-deficient myoblasts have a drastically decreased PAP1 activity and an accumulation of lipid droplets. The expression level of target genes of the transcription factors co-activated by lipin1 (PPARδ, PPARα, PGC1α, acyl-Coenzyme A very long chain dehydrogenase (ACADVL), carnitine palmitoyl-transferase 1B and 2 (CPT1B and CPT2)) are similar to controls, whereas the level of lipin2 is increased. Transcriptomic analysis of myotube cultures have identified in patients 19 under-expressed genes and 51 over-expressed ones, notably ACACB, which encodes Accβ (acetyl-CoA carboxylase β), key enzyme of the balance between fatty acid synthesis and FAO. ACACB invalidation by siRNA in lipin1-deficient myoblasts decreases the number of lipid droplets, comforting the link between ACACB over-expression and free fatty acid accumulation in patients. However, the level of malonyl-CoA, product of Accβ, and CPT1 activity (limitative step of FAO, inhibited by malonyl-CoA), are similar between myoblasts of patients and controls. But treatment of the cultures with an association of tumor necrosis factor α and interleukin-1 β (TNFα + IL-1β), chosen for mimicking pro-inflammatory conditions of acute infections, leads to a further increase of the level of malonyl-CoA, a decrease of CPT1 activity and an increase of lipid droplets accumulation in patients. In total, our data show that LPIN1 is an important cause of inherited rhabdomyolysis. Lipin1 deficiency leads to a disturbance of the lipidic metabolism, via ACACB over-expression, which is exacerbated in pro-inflammatory conditions. Our results suggest that the consequences of lipin1 deficiency are counterbalanced by adaptative mechanisms which are sufficient at basal state, but insufficient for the metabolic request induced by environmental stresses, such as infections, leading to the rhabdomyolyses. Next step is the study of adipose tissue and the establishment of the inflammatory signature of the patients, in order to determine if this new disease is an auto-inflammatory pathology.

La gestion et la conservation des pêcheries sont problématiques pour la plupart des chondrichthiens; cela tient principalement au manque de données scientifiques causé par les défis logistiques impliqués par les prélèvements par grandes profondeurs. De plus, plusieurs les techniques analytiques, à l’exemple du contenu stomacal et des mesures morphologiques, demandent des quantités d’échantillons importantes difficilement obtenues. De nouvelles techniques exigent moins d'échantillons, en particulier celles mettant en oeuvre la biochimie qui sont de plus en plus utilisées pour résoudre des questions écologiques et biologiques complexes au niveau individuel et démographique des populations. Cette thèse a testé plusieurs techniques biochimiques (analyses de lipide, mercure, et isotope de carbone et azote) pour mieux comprendre les aspects de la reproduction, de l'écologie trophique, de l'amplification du mercure et de la physiologie de chondrichthiens des profondeurs. La plupart des espèces font partie de l'Ordre des Squaliformes. D'autres espèces appartiennent à différentes Familles: Chimaeridae, Rhinochimaeridae, Scyliorhinidae et Hexanchidae. Tous les échantillons ont été capturés dans les filets de pêcheurs dans les eaux du plateau continental et des marges du sud-est de l'Australie. L’analyse de la composition en lipides de différents tissus révèlent que le foie des chondrichthiens est riche en lipides (38 à 70% de la masse des tissus humides), en majeure partie des lipides neutres et des acides gras mono-saturés. Le foie est un tissu multifonctionnel, qui joue un rôle essentiel dans la distribution de la biosynthèse lipidique, le stockage de l’énergie et la régulation de la flottaison. A l’inverse, le tissu musculaire est un organe structurel, à faible concentration en lipide (<2 %) qui se compose essentiellement de lipides polaires. La composition des lipides rénaux et pancréatiques montre que leur fonctionnement métabolique est complexe. L'analyse des lipides des organes reproducteurs a révélé que l’énergie utile à la gestation chez les adultes chondrichthiens en pré-ovulation nécessite un pourcentage important de lipide (follicule ovarien 18 à 34 %). Les variations de triacylglycérols (8 à 48 %), des éthers diacylglycéryls (0,2 à 28 %) et des cires (0,5 à 20 %) ont été observées dans tous les échantillons. Ces variations impliquent l'utilisation de classes lipidiques multiples pour favoriser le développement embryonnaire. Les réserves maternelles sont différentes entre espèces ovipares et vivipares et entre les élasmobranches et les holocéphales. L’allocation la plus important de lipides est trouvée chez les requins vivant dans les environnements les plus profonds. Cette observation suggère que leur fécondité est plus faible et que leur vulnérabilité face à la pêche est plus importante. Le régime alimentaire des requins a été déterminé par des techniques complémentaires: traceurs lipidiques et analyses du contenu stomacal. 41 taxons de proie ont été identifiés. Ils étaient surtout composés de poissons et de céphalopodes du domaine demersal. En utilisant les profils des acides gras, la variabilité de la composition de nourriture a été établie pour chaque espèce en associant la signature de ces profils dans les tissus des chondrichthiens aux profils de plusieurs proies. Les deux techniques ont montré que les chondrichthiens sont des prédateurs opportunistes qui consomment une large gamme de proie. Les concentrations en mercure et sa distribution des tissus ont été examinés pour accéder à sa bioamplification dans ce type d’organisme et de déterminer des niveaux de contamination pour la consommation publique. Le mercure total (THg : toutes formes chimiques confondues) et le méthylmercure (MeHg : la forme la plus toxique et bioaccumulable) ont été dosées. Pour la plupart des espèces, les niveaux de THg étaient supérieurs au seuil maximal recommandé par les législations en vigueur dans plusieurs pays dont l’Australie (>0,1 mg kg-1 pois humide, ph) et une concentration aussi forte que 6,6 mg kg-1 (ph) a été enregistrée. L' / Analyse de spéciation a montré que le mercure est présent à plus de 91 % sous forme de MeHg, et même avec des taux supérieurs à 95 % chez les espèces des environnements les plus profonds. Les concentrations maximales en THg ont été trouvés dans les tissus musculaires (59 à 82 % de charge corporelle). Les reins et le foie possèdent aussi des taux élevés, respectivement de 0,3 à 4,2 et 0,5 à 1,5 mg kg-1 (ph), tandis que la peau enregistre les concentrations les plus faibles (> 0,3 mg kg-1, ph). Cette étude de l’organotropisme permet de conclure que les reins et le foie sont associés au métabolisme du métal, à l'élimination et au stockage à court terme, alors que le muscle est le sites le plus important du stockage du mercure à long terme. Les isotopes stables de carbone et d’azote ont été utilisés pour évaluer l'influence de la position trophique (d15N) et de la source de carbone (d13C) sur l'accumulation du THg chez les chondrichthiens. Le d15N varie entre 12,4 à 16,6 ‰ démontrant la large gamme de positions trophiques occupées par ces espèces. La variation interspécifique du d13C est quant à elle minimale (–18,7 à –17,1 ‰). Les concentrations en mercure notées chez la plupart des requins augmentent en fonction de la taille, de la position trophique (d15N) et du stade de maturité de l’animal. Dans la communauté des chondrichthiens des profondeurs on observe des taux modérés de bioamplification du mercure, ceci est révélé par la faible pente de la relation, log (THg mg kg-1 ww) = 0,2 (d15N) – 2,4 (R2 = 0,35 ; P <0,05). Le THg et les acides gras de 61 espèces appartenant aux niveaux trophiques intermédiaires ont été analysés dans le but d’étudier les régimes alimentaires des proies et la bioaccumulation de ce métal à travers la chaîne alimentaire démersale. L'utilisation intégrée de ces techniques biochimiques a fourni des données fondamentales sur la reproduction, l'accumulation en mercure et l'écologie trophique des chondrichthiens des profondeurs. La compréhension de ces fonctions est impérative non seulement pour la mise en place d’une gestion durable des pêcheries, mais aussi pour la protection des habitats des chondrichthiens et leurs écosystèmes associés. / For most deepwater chondrichthyans, fisheries and conservation management is problematic, largely due to the lack of scientific data resulting from inherent logistical challenges working within deep-sea environments. Furthermore, many conventional analytical techniques (stomach content analysis and morphometrics) require large sample sizes and are often quantitatively inadequate. Thus, new and more robust methods requiring fewer specimens are needed. Biochemical ‘tracer’ techniques are increasingly being used to resolve complex ecological and biological questions at individual species and population levels. This research explored the integrated use of multiple biochemical techniques (lipid and fatty acid profiling, stable nitrogen and carbon isotope and mercury analysis) to understand aspects of the reproduction, feeding ecology, metal accumulation and physiology of deepwater chondrichthyans. Most were from the Order Squaliformes. Other species include those from the Families: Chimaeridae, Rhinochimaeridae, Scyliorhinidae and Hexanchidae. All specimens were caught as fisheries bycatch from the continental slope waters off southeast Australia. The examination of lipid composition and partitioning revealed that deepwater chondrichthyans have large, lipid rich (38–70 % wet weight, ww) livers high in neutral lipids and monounsaturated fatty acids. Liver is a multifunctional tissue, playing a vital role in lipid distribution and biosynthesis, buoyancy regulation and storage. In contrast, muscle is a structural organ, low in lipid (<2 %) and consisting primarily of polar lipids. Lipid composition of kidney and pancreas show that they, too, have complex roles in lipid metabolism and storage. Lipid analysis of reproductive tissues revealed high maternal investment in deepwater chondrichthyans as indicated by high lipid content in mature pre-ovulated ovarian follicles (18–34 %). Variable levels of triacylglycerols (8–48 %), diacylglyceryl ethers (0.2–28 %) and wax esters (0.5–20 %) were observed in all specimens, demonstrating the use of multiple lipid classes to fuel embryonic development. The maternal provisions differed between oviparous and viviparous species and between elasmobranchs and holocephalans. Greater lipid investment was displayed by sharks living in deeper environments, suggesting lower fecundity and increased vulnerability to fishing. Diet was examined by complementary lipid biomarker and traditional stomach content techniques. A total of 41 prey taxa were identified using stomach content analysis and consisted mainly of bathyal-demersal fish and cephalopods. Using multidimensional scaling analysis, the extent of variability in composition within each species was determined by grouping the signature fatty acid profiles of shark tissues with profiles for demersal fish, squid and crustaceans. Both techniques showed that deepwater chondrichthyans are opportunistic predators, and that there is some degree of specialisation and overlap between them. Total (THg) and inorganic (monomethyl, MeHg) mercury concentrations and tissue distribution were examined to determine the extent of biomagnification and evaluate levels for human consumption. Mean THg levels for most species were above the regulatory threshold (>0.1 mg kg-1 ww) and levels as high as 6.6 mg kg-1 ww were recorded. Speciation analysis demonstrated that 91% mercury was bound as MeHg with higher percentages (>95%) observed in species occupying deeper environments. Higher levels of THg were stored in muscle which accounted for between 59–82% of the total body burden of mercury. High levels were also found in kidney (0.3–4.2 mg kg-1 ww) and liver (0.5–1.5) with lower levels observed in skin (>0.3). Both the kidney and liver are likely to be associated in metal metabolism, short term storage and elimination procedures, while the muscle is the major site for long term storage. Stable isotopes were used as natural dietary tracers, to further evaluate dietary relationships and to assess the influence of trophic position (d15N) and carbon sources (d13C) on THg accumu / lation. Isotopic nitrogen (d15N) values ranged from 12.4 to 16.6 ‰ demonstrating a broad range of trophic positions. Minor variation in carbon (d13C) enrichment was observed between species (–18.7 to –17.1‰). In most shark species, mercury concentrations increased with size, trophic position (d15N), and maturity stage, but not between location or collection period. As a community, deepwater sharks demonstrated moderate rates of THg biomagnification, as indicated by the regression slope (log (THg) = 0.2 d15N – 2.4, R2 = 0·35, P < 0·05). THg and fatty acid analyses of 61 mid-trophic species were measured for their usage in studies of diet in high-order predators and mercury bioaccumulation in the extended demersal food chain. The integrated use of these biochemical techniques has provided fundamental data on the reproduction, metal accumulation and trophic ecology of deepwater chondrichthyans. Understanding these parameters is imperative not only for the implementation of sustainable management but for habitat protection of deepwater chondrichthyans and their associated ecosystems.

Ce travail porte sur la préparation, la caractérisation physico-chimique et l'évaluation biopharmaceutique de Microparticules Lipidiques Solides Composites (MLSC) innovantes assurant la gastrorétention et la libération progressive d'un principe actif modèle hydrophobe, l'ibuprofène. Une méthode d'émulsification à chaud est utilisée pour préparer ces MLSC, stabilisées par des nanoparticules de silice Aérosil® d'hydrophobie variée, selon le principe des « émulsions de Pickering », en remplacement de surfactifs organiques. Ces nanoparticules inorganiques se retrouvent en surface et dispersées au coeur des MLSC dans tous les cas. L'utilisation d'Aérosil® hydrophobe permet la formation de MLSC homogènes de plus de 100 µm de diamètre. Il est à noter que la présence de silice, en fonction de la charge en ibuprofène, a une influence certaine sur les cinétiques de libération du principe actif, que ce soit dans le PBS de pH 7.4 ou le milieu gastrique simulé de pH 1.2, principalement en modulant la taille des microparticules. Elle permet aussi de stabiliser sur une période de 6 mois les propriétés physico-chimiques et biopharmaceutiques des MLSC, d'améliorer leurs propriétés d'usage, comme l'écoulement, la résistance à l'écrasement et la flottaison dans un milieu gastrique simulé. Enfin, le recouvrement des MLSC par des polysaccharides assure la bioadhésion sur des membranes biologiques simulées à base de mucine en accélérant le plus souvent la libération de l'ibuprofène. Néanmoins, la stabilisation de MLSC avec des nanoparticules de silice dispersées au sein de matrices d'alginate gélifiées au CaCl2 avant lyophilisation constitue une nouvelle voie prometteuse pour la libération prolongée de principe actif hydrophobe dans l'estomac car ce polymère assure leur bioadhésion sur plus de 4h sans toutefois modifier le profil de libération de l'ibuprofène. / The aim of this work consists in the preparation, physic-chemical characterization and biopharmaceutical evaluation of innovative Composite Solid Lipid Microparticles (CSLM), allowing gastroretention and extended-release of a model hydrophobic drug, ibuprofen. Hot Melt emulsification's method is used to prepare these CSLM, stabilized by Aerosil® nanoparticles of various hydrophobicity as “emulsion of Pickering” instead of using an organic surfactant. Nanoparticles of silica take place on surface and are dispersed into CSLM in all cases. Using hydrophobic Aerosil allow the preparation of homogeneous over 100µm size CSLM. Presence of silica depending on the charge of ibuprofen influences the ibuprofen kinetics of release in both PBS ph 7.4 and simulated gastric fluid pH 1.2 by modulating the size of microparticles. Silica nanoparticles are also able to stabilize on a period of over 6 months the physic-chemical and biopharmaceuticals properties of CSLM, to improve their use properties, as helping free-flowing, enhancing crushing strength, and floating of CSLM in simulated gastric fluid. Finally CSLM coating with polysaccharides allows their bioadhesion on mucine simulated biological membrane, with an increased ibuprofen kinetics of release in most of the cases. Nevertheless, silica nanoparticles stabilized CSLM dispersed in CaCl2 gelified alginate matrices before freeze drying represent a new promising way for the extended release of hydrophobic drugs in stomach because this polymer can promote their bioadhesion for more than 4h without any change in the kinetics of ibuprofen release.

La dystrophine est une grande protéine membranaire périphérique qui assure un rôle de soutien du sarcolemme permettant aux cellules musculaires de résister aux stress mécaniques engendrés lors des processus de contraction/élongation. Des mutations génétiques conduisent à sa production sous forme tronquée voire à un déficit total en protéine engendrant de sévères myopathies actuellement incurables. Concevoir des thérapies adaptées passe par une meilleure compréhension du rôle biologique de la dystrophine. Par une approche structure/fonction, notre objectif est de déterminer les bases moléculaires impliquées dans les interactions de la dystrophine avec les lipides membranaires du sarcolemme. Grâce à une approche de diffusion aux petits angles (SAXS et SANS) combinée à de la modélisation moléculaire, nous montrons dans un premier temps que les bicelles constituent un modèle expérimental particulièrement adapté aux analyses de structures de protéines qui y sont associées. Ce développement méthodologique original a été exploité dans un deuxième temps pour caractériser les modifications structurales subies par la dystrophine lorsqu’elle interagit avec les lipides. Nous montrons particulièrement que la liaison aux lipides induit l’ouverture significative de la structure en triple hélice « coiled-coil » de la répétiton 1 du domaine central, et proposons en conclusion un modèle tout atome de la protéine en présence de bicelles. Ces travaux de thèse (i) constituent un apport méthodologique significatif pour l’étude de protéines membranaires, (ii) contribuent à une meilleure compréhension du rôle biologique de la dystrophine en vue de thérapies dédiées aux patients atteints de myopathies. / Dystrophin is a large peripheral membrane protein that provides a supporting role for sarcolemma allowing muscle cells to withstand the mechanical stresses generated during contraction / elongation processes. Genetic mutations lead to dystrophin production in truncated form or even to a total deficit in the protein leading to severe myopathies currently incurable. Designing adapted therapies requires a huge knowledge of the biological role of dystrophin. Using a structure / function approach, our aim is to determine the molecular bases involved in the interactions of dystrophin with the membrane lipids of the sarcolemma. Using a small-angle scattering approach (SAXS and SANS) combined with molecular modeling, we show that bicelles constitute a versatile membrane mimic that is particularly adapted to analyze the structure of membrane proteins. This original methodological development was exploited to characterize the structural changes undergone by dystrophin upon lipid binding. We highlight in particular that the lipid binding induces a significant opening of the coiled-coil structure of the repeat 1 of the central domain and, in conclusion, we propose an all-atom model of the protein bound to a bicelle. These thesis works (i) constitute a significant methodological contribution for the study of membrane proteins, (ii) contribute to a better understanding of the biological role of dystrophin for therapies dedicated to patients with myopathies.

L’objectif des travaux de cette thèse était de développer un système de délivrance stimulus-sensible innovant. Basé sur des vésicules lipidiques, il permet la libération d’une substance anti-cancéreuse hydrophile encapsulée dans leur cœur aqueux, sous l’effet de la lumière. Des porphyrines, incorporées dans leur bicouche, permettent, une fois illuminées, de générer de l’oxygène singulet qui oxyde les chaînes acyl insaturées des phospholipides. Cela induit une augmentation de la perméabilité des liposomes et permet la libération de leur cargo. Nous avons, dans un premier temps, effectué une sélection de phospholipides et de porphyrines permettant de construire le système. Les résultats expérimentaux ont pu être corrélés à une étude de simulation de dynamique moléculaire. L’ensemble a mis en exergue l’importance de la profondeur d’insertion de la porphyrine dans la bicouche lipidique et de sa proximité avec la double-liaison des phospholipides. Mais il a aussi montré les limites de ce système. Nous avons alors développé deux nouvelles molécules, dérivées de phospholipides naturels auxquels a été couplée la pheophorbide a. Malgré leur possible autoassemblage sous la forme de vésicules, ces derniers n’étaient pas stables et s’agrégeaient rapidement. Nous avons donc associé ces conjugués à des lipides classiques (DSPC, cholestérol) et analysé les propriétés des mélanges obtenus. Les propriétés photothermiques des systèmes conçus ont été confirmées, capables d’induire une élévation en température de 14°C. La chaleur générée, responsable d’une plus grande fluidité de la bicouche lipidique, a permis de favoriser la libération du cargo. Enfin, les deux conjugués synthétisés ont montré eux-mêmes une activité phototoxique (PDT), additionnée d’une sélectivité vis-à-vis de cellules du cancer de l’œsophage. Ces nouvelles molécules offrent donc de nombreuses opportunités pour le développement de systèmes multimodaux, bio-inspirés et biodégradables, pour la délivrance d’un médicament sous l’effet de la lumière. / The aim of this work was to develop an innovative stimulus-responsive delivery system. Based on lipid vesicles, it allows the controlled release, by light, of a hydrophilic anti-cancer substance encapsulated in their aqueous core. Once illuminated, porphyrin molecules inserted into the lipidic bilayer, generate singlet oxygen which oxidizes the unsaturated acyl chains of the phospholipids. This induces an increase in the permeability of the liposomes and the release of their cargo. We first made a selection of phospholipids and porphyrins to build the system. Our experimental study could be correlated with results of molecular dynamics simulations. The whole work highlighted the importance of the depth of insertion of porphyrin into the lipid bilayer and its proximity to the double bond of phospholipids. But it also showed the limits of this system. We then developed two new molecules, derived from natural phospholipids, to which pheophorbide a was coupled. The conjugates were able to form self-assembled vesicles but were unstable and quickly aggregated. We therefore associated these conjugates with classical lipids (DSPC, cholesterol) and analyzed the properties of these mixtures. We highlighted photothermal properties of the designed systems, capable of inducing a temperature rise of 14 °C. The generation of heat, responsible for a greater fluidity of the lipid bilayer, subsequently promoted the encapsulated cargo release. Finally, the two synthesized conjugates showed a phototoxic activity (PDT), with selectivity towards esophageal cancer cells. These new molecules therefore offer many opportunities for the development of multimodal, bio-inspired and biodegradable systems, for the delivery of a drug under the effect of light.

Le développement de bactéries sous la forme de communautés multicellulaires, appelées biofilms, engendre la formation d’un environnement très hétérogène dans lequel les bactéries sont confrontées à différents stress nécessitant un rapide réajustement de leur métabolisme et de leur physiologie. Cette capacité d’adaptation ainsi que des études transcriptomiques, suggèrent fortement que les bactéries vivant sous forme de biofilm puissent présenter des propriétés nouvelles en comparaison à des bactéries planctoniques. Cela nous a conduit à examiner si la formation de biofilm chez Escherichia coli pouvait engendrer des modifications originales de l’enveloppe bactérienne. Nous avons tout d’abord comparé la structure du lipopolysaccharide de bactéries issues de cultures planctoniques et biofilms et mis en évidence que la formation de biofilm chez les bactéries à Gram négatif entraine une augmentation du niveau de palmitoylation du lipide A dépendante de l’enzyme PagP et contribuant à la tolérance des bactéries aux agents antimicrobiens. L’étude des mécanismes sous-jacents a permis de déterminer que cette augmentation du niveau de palmitoylation est, en partie, causée par une induction de l’expression de pagP qui est spécifique au biofilm et regulée par RcsB en réponse à l’osmolarité du biofilm. Nous avons également étudié l’impact de l’adaptation des bactéries au mode de vie biofilm sur la structure de la paroi bactérienne et mis en évidence des différences dans les ponts inter peptidiques présents au sein du peptidoglycane qui pourraient conduire à une augmentation de la rigidité de l’enveloppe bactérienne ainsi qu’à la résistance au stress chez les bactéries. Pour finir, nous avons examiné si les protéines SPFH (QmcA HflK HflC YqiK) associées à des microrégions spécialisées de la membrane -ou radeaux lipidiques- pouvaient jouer un rôle dans la formation de biofilm chez E. coli. Alors que les gènes codant pour ces protéines ne semblent pas être induits en biofilm ni être essentiels à son développement, nous avons identifié plusieurs régulateurs influençant leur expression ainsi que plusieurs fonctions associées aux protéines SPFH que nous sommes en train d’étudier. / The development of bacterial multicellular communities, called biofilms, creates a highly heterogeneous environment, in which bacteria subjected to various stresses need to quickly readjust their metabolism and physiology. This capacity of adaptation, confirmed by many transcriptome analyses, strongly suggest that biofilm bacteria could display novel properties compared to individualized cells. This prompted us to investigate whether biofilm formation could trigger original membrane modifications in Escherichia coli. We first compared the lipopolysaccharide structure of planktonic and biofilm bacteria and demonstrated that biofilms formed by Gram-negative bacteria undergo an increase in lipid A palmitoylation mediated by the PagP enzyme and contributing to bacterial resistance to antimicrobial peptides and host immune defenses. Investigation of the underlying mechanisms of this phenomenon allowed determining that increased lipid A palmitoylation is, at least partially, due to a biofilm-specific and RcsB-dependent induction of pagP expression in response to biofilm osmolarity. We also investigated how bacterial adaptation to the biofilm environment could impact the cell wall structure and identified differences in peptidoglycan linkages that could increase cell rigidity and bacterial resistance to stress. Finally, we investigated the potential role in biofilm formation of E. coli SPFH proteins (QmcA HflK HflC YqiK) associated with dynamic membrane microdomains - or lipid rafts-. Whereas SPFH encoding genes are not differentially expressed in biofilm and are not essential for biofilm formation, we identified several regulators impacting their expression and several functions associated to SPFH proteins that we identified is currently under investigation.

Lipide stellen eine der wichtigsten Stoffklassen in biologischen Systeme dar und werden in verschiedene Klassen eingeordnet, die sich in ihren Aufgaben stark unterscheiden. Als Energiespeicher dienen Triacylglycerole (TAG), die aus mit Glycerol versterten Fettsäuren bestehen. Die übermäßige Einlagerung von TAG ist ein zentraler Bestandteil der Adipositas. Im Rahmen des SFB 1052 wurde sich mit den Mechanismen auseinandergesetzt, die zur Adipositas führen können. Ein wichtiger Bestandteil vieler Fragestellungen ist hierbei die Analyse von Lipidproben. Dabei besteht ein großes Interesse die Lipidzusammensetzung zuverlässig und schnell ermitteln zu können. In der vorliegenden Arbeit wurde zu diesem Zweck hauptsächlich die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) eingesetzt und teilweise durch MALDI-TOF Massenpektrometrie (MALDI-TOF MS) ergänzt. Zunächst sollte die quantitative Genauigkeit von Standard 1H-NMR Messungen mit GC-MS verglichen werden. Hierzu wurden Extrakte von Fettgeweben aus adipösen Mäusen untersucht. Es konnte hierbei eine der GC-MS überlegene Genauigkeit der NMR-Messungen festgestellt werden. Die Analyse beschränkte sich dabei zunächst auf gut voneinander getrennte Resonanzen, was die Aussagekraft der Methode begrenzte. Daher wurde weiterhin eine neuartige Form der Auswertung von Lipidspektren entwickelt, die auch überlappende Resonanzen zur Analyse nutzen kann. Es wurde hierfür eine Bibliothek aus Referenzspektren verschiedener Fettsäuren/TAG angelegt und ein Modell basierend auf Linearkombination verwendet. Die zu analysierenden Spektren wurden Summe der Referenzspektren interpretiert und entsprechend in diese Teilkomponenten zerlegt. Dadurch war es möglich wesentlich mehr Komponenten voneinander zu unterscheiden, als bei der Standardauswertung. Neben der Analyse der allgemeinen Zusammensetzung von TAG-Proben war der zweite Aspekt die Trennung und Quantifizierung von TAG-Isomeren. Durch Verwendung hochaufgelöste 13C-NMR Spektren und MALDI-TOF MS konnten detaillierte Aussagen über die TAG-Zusammensetzung getroffen werden. Der genannte Ansatz wurde an TAG Gemischen getestet und im Anschluss auf biologische Proben übertragen. Einerseits wurden hierzu verschiedene Speiseöle untersucht, wodurch sich ein detaillierter Blick auf deren vielfältige TAG Zusammensetzung ergab. Andererseits wurde die Methode auf Fettgewebe von gesunden und adipösen Mäusen angewendet und offenbarte, dass der TAG Pool bei Entwicklung einer Adipositas überraschend stabil bleibt.

Lipide erfüllen als Energiespeicher und Element verschiedener Verbindungen für den Organismus lebenswichtige Funktionen. Verändert sich ihre Konzentration im Blut spricht man von Dyslipidämien. Diese stellen, insbesondere als Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen, vor allem in Industrienationen ein bedeutendes gesundheitsökonomisches Problem dar. Verschiedene Studien identifizierten in den letzten Jahren zahlreiche Genloci, die den Lipidstoffwechsel beeinflussen. Darunter befinden sich Gene wie APOC1, CETP oder LPL, die aufgrund ihrer Funktionalität eindeutig dem Fettstoffwechsel zuzuordnen sind. Zusätzlich gerieten bisher unbekannte Loci in den Gegenstand der Forschung. Zusammen erklären diese Loci derzeit lediglich 25 - 30 % der phänotypischen Ausprägung. In der vorliegenden Studie wurde mittels genomweiter Assoziationsstudien (GWAS) nach weiteren, potentiell im Zusammenhang mit den Merkmalen HDL-, LDL-Cholesterol und Triglyceriden stehenden Genloci gesucht. Dazu wurde in einer eigenständigen Population, den Sorben aus der Oberlausitz, eine genomweite Assoziationsstudie (N = 839) durchgeführt. Es zeigten sich 13 signifikant assoziierte Loci mit einem P-Wert < 10 5. Anschließend wurden SNPs mit einem P-Wert < 0,01 in der sorbischen Kohorte für eine Metaanalyse mit den Daten der Probanden der Diabetes Genetics Initiative (N ~ 2600) ausgewählt. So konnten 21 Genloci mit einem kombinierten P-Wert < 10 4 bestätigt werden. Von diesen wurden 5 neu identifizierte, bisher nicht publizierte Varianten in der unabhängigen Metabolisches Syndrom Berlin Potsdam Kohorte (N = 2000) repliziert. Mit einem P-Wert von 1,78x10 7 zeigte die Variante rs8135828 im THOC5 Gen für den Parameter HDL-Cholesterol die stärkste Assoziation in der kombinierten Metaanalyse aller 3 Kohorten. Weitere Analysen sind notwendig, um die Funktionen und den Regulationsmechanismus der identifizierten SNPs auf den Fettstoffwechsel genau zu verstehen.