La recherche de vecteurs non viraux pour la thérapie génique est un domaine très développé. Les systèmes cationiques montrent une forte efficacité de transfection in vitro, mais cette activité est considérablement diminuée in vivo car les complexes ADN/vecteur, du fait de leur charge globale positive, sont rapidement éliminés de la circulation sanguine. Les lipopolythiourées sont des systèmes non cationiques qui représentent une alternative aux lipides cationiques: ils permettent de réduire de moitié l'élimination précoce après une injection intraveineuse. Dans ce mémoire est décrite la synthèse d'une famille de seize lipopolythiourées dont la structure repose sur une tête polaire branchée à deux motifs thiourée. Ces lipides présentent une grande diversité au niveau de l'ancre hydrophobe, de l'espaceur, du répartiteur et des terminaisons. L'évaluation de cette famille a été réalisée de façon systématique et la recherche du mécanisme d'action a été entreprise. Ces études ont permis la mise au point de lipopolythiourées d'une formulation facile et possédant un pouvoir transfectant du même ordre de grandeur que celui des lipides cationiques.

La diatomée d'eau douce A. formosa peut produire des lipides neutres en plus ou moins grandes quantités en fonction des conditions de culture. Ainsi, nous avons montré par exemple qu'une carence en silice stimule la production de triacylglycérols (TAGs) mais génère une diminution de la biomasse. En revanche, nous avons montré que l'addition de bicarbonate et de phytohormones augmente à la fois la biomasse et la production de TAGs. L'ajout de phytohormones dans les milieux de culture de cette diatomée résulte en une augmentation de l'activité d'enzymes dans les extraits et notamment celles du cycle de Benson-Calvin. Parmi ces enzymes, la GAPDH est une enzyme dont l'activité augmente significativement. Nous avons montré que chez A. formosa, cette enzyme forme un complexe ternaire avec la CP12 et la Férrédoxine NADP Réductase (FNR) et non pas avec la CP12 et la phosphoribulokinase comme chez la plupart des organismes photosynthétiques. La régulation de cette enzyme en est de fait modifiée. La phytohormone, 24-épibrassinolide conduit à une augmentation d'activité de la GAPDH qui résulte de la dissociation du complexe GAPDH-CP12 et la GAPDH n'est plus redox régulée. La GAPDH chez les diatomées est donc régulée par des interactions protéineprotéine. / A. formosa, a freshwater diatom, can produce different amounts of neutral lipids such as triacylglycerols (TAGs) under different growth conditions. We showed that as it is well-known for diatoms, starvation for silica increased the production of TAGs but decreased biomass. However, the addition of bicarbonate or phytohormones into the growth medium increased both biomass and TAGs. Addition of phytohormones increased the activities of enzymes in particular those of the Benson-Calvin cycle. Among the target enzymes of the Benson-Calvin cycle, GAPDH was strongly affected. We purified this enzyme and demonstrated that, in the diatom A. formosa, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) from the Calvin cycle, forms a complex with the small chloroplast protein CP12 and Ferredoxin NADP Reductase (FNR), which is involved in the photochemical phase of photosynthesis. In cells treated with the phytohormone, 24-epibrassinolide, GAPDH was "free", not redox-regulated and not associated anymore with CP12. Therefore GAPDH from this diatom is regulated by protein-protein interaction but the GAPDH/CP12/FNR complex replaces the one formed between GAPDH, CP12 and phosphoribulokinase found in most photoautotrophs.

L’inhibition ou l’inactivation de la myostatine (mstn) entraine une hypertrophie musculaire qui permet d’envisager des thérapies efficaces dans la lutte contre la fonte musculaire dans de nombreuses pathologies (myopathies, maladies chroniques, sarcopénie). Cependant, le muscle déficient en mstn présente une fatigabilité musculaire accrue, associée à des altérations du métabolisme mitochondrial et lipidique. Or, les membranes musculaires et mitochondriales sont constituées principalement de lipides et phospholipides. Ces derniers participent au maintien de la structure et de la fonction métabolique de la fibre. Ils interviennent également dans la chaine respiratoire jouant un rôle clé dans la bioénergétique mitochondrial. Dans ce travail de thèse, nous avons émis l’hypothèse que la composition lipidique musculaire et mitochondriale est altérée dans le muscle KO mstn, expliquant en partie les altérations métaboliques et fonctionnelles de ce phénotype. Dans un second temps, nous avons recherché si l’entrainement en endurance normalise ces altérations phénotypiques musculaires. Nos résultats ont montré dans le muscle KO mstn une diminution de l’expression des différents transporteurs membranaires des lipides (FAT/CD36, FABP3, FATP1 et FATP4) associé à une réduction de l’activité des enzymes impliquées dans l’oxydation lipidique (Citrate synthase et βHAD) et une diminution de la lipogenèse (chute du contenu en triglycérides et en acides gras libres). D’une manière intéressante, nos résultats montrent une diminution de la proportion en cardiolipide au niveau de la membrane mitochondriale, en relation avec une réduction de l’expression des gènes PGPS et CRLS1, impliqués dans le processus de synthèse de cardiolipide. Nous avons également établi que 4 semaines d’entrainement en endurance sur tapis roulant améliorent en particulier la performance aérobie des souris KO mstn, qui retrouvent une capacité d’endurance comparable à celle des souris contrôles entrainées. L’expression des marqueurs de l’oxydation lipidique et du métabolisme oxydatif est également améliorée (Cpt1, Pparδ, Fas, contenu mitochondrial et citrate synthase). L’entraînement permet aussi d’augmenter l’activité des enzymes mitochondriales et la proportion membranaire en cardiolipide uniquement chez les souris KO mstn. En conclusion, ces résultats suggèrent que les qualités oxydatives du muscle hypertrophié KO mstn peuvent être remodelées sans impacter l’effet bénéfique hypertrophique. Enfin, ils présentent le métabolisme lié au cardiolipide et lipidique de manière générale comme de nouvelles pistes à explorer pour améliorer le métabolisme du muscle KO mstn et sa fonction mitochondriale. / Myostatin (mstn) inactivation or inhibition is considered as a promising treatment for various muscle-wasting disorders because it promotes muscle growth. However, mstn-deficient hypertrophic muscles show strong fatigability associated with abnormal mitochondria and lipid metabolism. Muscle membrane maintains the structure and the metabolic function of the fibre, and mitochondrial membrane including respiratory chain complexes, are composed mainly of lipids and phospholipids playing functional role in mitochondrial bioenergetics. In our study, we hypothesized first that changes in the muscle and mitochondrial lipid composition could exist in the KO mstn muscle, in relation with the metabolic and functional alterations, secondly that endurance training can normalize these phenotypic muscle alterations. We reported in KO mstn muscles a decrease of fat membrane transporter levels (FAT/CD36, FABP3, FATP1 and FATP4) associated with decreased lipid oxidative pathway (citrate synthase and βHAD activities) and decreased lipogenesis (decreased triglyceride and free fatty acids content). Interestingly, we demonstrated a decrease in mitochondrial cardiolipin content, in relation with a decrease in PGPS and CRLS1 gene expressions. Then, we showed in KO mstn mice that 4 weeks of daily running exercise session (65-70% of the maximal aerobic speed for 1 hour) improved significantly aerobic performance, particularly the endurance to levels comparable to those of trained wild type littermates.The expression of oxidative and lipid metabolism markers also was increased, as indicated by the upregulation of the Cpt1, Ppar, Fas genes, and increased citrate synthase level and mitochondrial protein content in KO mstn muscle. Interestingly, mitochondrial enzyme activity and the cardiolipin fraction in the mitochondrial membrane are increased by training only in KO mstn mice. In conclusion, these results suggest that the combination of mstn inhibition and endurance training could increase the muscle mass while preserving the physical performance. In addition, cardiolipin and lipid-related pathways could represent new targets to improve mstn-deficient muscle metabolism and restore mitochondrial function.

Depuis plusieurs années, la recherche dans le domaine des bioénergies s'oriente de plus en plus vers l'utilisation des microorganismes (bactéries, levures, moisissures et microalgues) pour la production de biocarburants. Face au contexte actuel de développement durable, l'utilisation des microorganismes oléagineux photoautotrophes (cyanobactéries et microalgues) semble potentiellement plus intéressante d'un point de vue économique (énergie solaire) et environnemental (assimilation de CO2) malgré des productions plus faibles que celles des microorganismes oléagineux hétérotrophes (levures et moisissures). L'objectif général de ces travaux de thèse a donc été d'étudier l'accumulation de lipides neutres et d'hydrocarbures chez Botryococcus braunii race A (chlorophycée unicellulaire d'eau douce), sélectionnée pour son potentiel de production après une étude bibliographique et d'évaluer les mécanismes naturels d'exsudation de ces métabolites. Afin de fiabiliser la quantification et l'identification des composés lipidiques produits par la microalgue, des méthodes d'analyse qualitative et quantitative par HPLC ont été mises au point. Les résultats analytiques ont permis de montrer que les méthodes d'extraction et quantification décrites dans la littérature conduisaient à surévaluer la teneur en hydrocarbures synthétisés par la souche B. braunii Utex 572. Les études menées lors de ce travail de thèse ont également permis de déterminer l'impact des principaux facteurs abiotiques (milieu de culture, pH, CO2, intensité lumineuse, salinité) sur la production de biomasse, lipides neutres et hydrocarbures par B. braunii et d'en définir les conditions optimales. L'étude de la flore bactérienne naturellement présente dans les cultures de B. braunii en conditions non axéniques et de sa dynamique a montré que celle-ci n'avait pas ou peu d'impact sur la production de biomasse et de lipides neutres chez B. braunii dans les conditions de l'étude. L'application d'un stress oxydatif à une culture de B. braunii en phase stationnaire n'a pas engendré le phénomène de « milking » recherché mais a eu un impact positif sur l'accumulation de lipides intracellulaires et sur la synthèse de triglycérides. / Biofuels produced from vegetable oils or microbial cultures, are an alternative to fossil fuels that can reduce the human impact on the environment. For several years, research in the field of bioenergy is moving increasingly toward the use of microorganisms (bacteria, yeasts, fungi and microalgae) for the production of biofuels. In the current context of sustainable development, the use of photoautotrophic oleaginous microorganisms (cyanobacteria and microalgae) seems potentially more interesting economically (solar energy) and environmentally (CO2 assimilation) despite lower production rates than those of heterotrophic oleaginous microorganisms (yeasts and moulds). The overall objective of this thesis has been to study the accumulation of neutral lipids and hydrocarbons in the A-race Botryococcus braunii (unicellular green alga of freshwater), selected on its potential production after literature review, and to evaluate the mechanisms of natural exudation of these metabolites. To reliable quantification and identification of lipid compounds produced by microalgae, methods of qualitative and quantitative analysis by HPLC were developed. The analytical results have shown that the extraction and quantification methods described in the literature led to overestimate the amount of hydrocarbons synthesized by the strain B. braunii Utex 572. The studies in this thesis have also identified the impact of key abiotic factors (culture medium pH, CO2, light intensity, salinity) on biomass production, neutral lipids and hydrocarbons by B. braunii and to define the optimal conditions of production. The study of the bacterial flora naturally present in cultures of B. braunii under non axenic conditions and its dynamics showed that it had little or no impact on the production of biomass and neutral lipids in B. braunii in the conditions of the study. The application of oxidative stress to a culture of B. braunii at the stationary phase did not cause the sought phenomenon of "milking" but had a positive impact on the accumulation of intracellular lipid and triglyceride synthesis.

Pour valider une suite de biomarqueurs cellulaires en milieu dulçaquicole, nous avons étudié la structure des systèmes lysosomal et peroxysomal et les variations de contenus en lipofuscines et lipides neutres insaturés dans les tissus digestifs de plusieurs invertébrés, à travers une approche couplant histochimie et analyse d'images. Les expérimentations in situ et bioessais à plus ou moins long terme ont montré la pertinence des réponses cellulaires étudiées pour la mise en évidence de gradients de contamination. Les profils de réponse les plus communs chez les mollusques incluent un gonflement lysosomal, des déplétions de lipides neutres insaturés, une accumulation de lipofuscines et/ou un système peroxysomal plus volumineux. Ces réponses cellulaires précoces peuvent être associées, au niveau individuel, à une désynchronisation de la reproduction entre individus ou à une diminution de l'indice de condition. L'étude mensuelle à long terme a souligné l'absence de niveaux de base saisonniers de ces biomarqueurs et l'influence importante de la disponibilité trophique sur les contenus tissulaires en lipides neutres. Une mise en dépuration de 15 jours du bivalve, Dreissena polymorpha, sur son site d'origine, n'a pas montré de réversibilité du profil des réponses cellulaires à un gradient de contamination in situ, mais elle a tout de même de limité la déplétion des lipides neutres. Les réponses cellulaires les plus précoces et discriminatives sont le gonflement lysosomal et la déplétion en lipides neutres. Une comparaison d'outils d'analyse intégrative a montré le pouvoir discriminatif accru de la suite de biomarqueur entière, par rapport aux réponses individuelles.