La résistance aux antibiotiques représente l'une des menaces les plus sérieuses à la santé publique pour les années à venir. En effet, l'utilisation massive et parfois excessive de ces molécules phares de la médecine moderne a mené au développement de microorganismes capables de résister à leur action, posant alors un défi important lié au traitement des infections qu'ils engendrent. Ainsi, depuis déjà plusieurs années, la communauté scientifique déploie des efforts considérables afin de développer de nouvelles molécules antimicrobiennes qui pourraient servir d'alternatives à ces antibiotiques traditionnels. Ces recherches sont aussi très pertinentes pour le secteur alimentaire, car la demande pour des agents de conservation efficaces, sûrs et d'origine naturelle est grandissante en réponse aux inquiétudes par rapport à l'utilisation des molécules actuellement disponibles à cet effet (benzoates, nitrates, etc.). Les efforts de recherche soutenus dans les dernières décennies ont permis d'identifier une classe de molécules particulièrement prometteuse : les peptides antimicrobiens (PAMs). Ces petites molécules constituées d'acides aminés présentent plusieurs avantages qui en font de bons candidats comme alternatives aux molécules antibiotiques classiques, notamment leur spectre d'action étendu, leur faible propension à induire de la résistance microbienne et, dans plusieurs cas, leur origine naturelle. D'ailleurs, les biomasses marines, dont les poissons, sont de très bonnes sources de PAMs. Par exemple, plusieurs PAMs ont été isolés à partir de poissons de la famille des Scombridés (maquereaux, thons, etc.), dont certains montrent une forte homologie avec une enzyme ubiquitaire dans le monde naturel, soit la glycéraldéhyde-3-phosphate-déshydrogénase (GAPDH). C'est donc sur la base d'une littérature scientifique étoffée que l'hypothèse directrice de ce projet, selon laquelle la modulation des propriétés physico-chimiques de PAMs issus de poissons de la famille des Scombridés et apparentés à la GAPDH permet d'améliorer leur activité antimicrobienne, a été émise. L'objectif général visé par le projet était d'étudier les relations structure-activité et les mécanismes d'action de ces PAMs afin de développer des peptides analogues dont l'activité antimicrobienne est améliorée. Cet objectif principal a été décliné en trois objectifs spécifiques permettant de mettre ladite hypothèse à l'épreuve. Le premier objectif spécifique du projet était d'établir des relations entre la structure chimique de ces peptides provenant de Scombridés et homologues à la GAPDH et leurs activités antibactérienne et antifongique. Pour ce faire, huit peptides ont été synthétisés, dont un PAM natif déjà connu dans la littérature et sept analogues chimiques dans lesquels certains résidus d'acide aminé ont été substitués. L'activité antimicrobienne de ces huit peptides a été testée sur plusieurs souches bactériennes et fongiques afin d'obtenir des valeurs de concentrations minimales inhibitrices. Leurs propriétés chimiques (notamment la charge nette et l'hydrophobicité) ont été déterminées et leurs structures secondaires ont été évaluées dans différents environnements chimiques par dichroïsme circulaire et par une méthode de prédiction bio-informatique. Les résultats de ces expériences ont permis de mettre en évidence que les analogues dont le caractère cationique était augmenté avaient une plus forte activité antimicrobienne, tandis qu'un autre analogue, plus hydrophobe, a montré une activité antifongique particulièrement intéressante. La structure secondaire des peptides, quant à elle, n'a pas d'impact majeur sur leur activité antimicrobienne. Le deuxième objectif spécifique était d'élucider le mécanisme d'action de ces différents analogues peptidiques. Parmi les huit analogues synthétisés et dont l'activité antimicrobienne a été testée, cinq ont été sélectionnés pour l'étude de leur mécanisme d'action. Les interactions entre ces peptides et les différents phospholipides sous forme de liposomes ont été analysées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. Leur pouvoir de perméabilisation membranaire a aussi été évalué par une méthode expérimentale basée sur l'utilisation de deux colorants d'acides nucléiques présentant une capacité de perméabilisation membranaire différentielle en fonction de l'intégralité membranaire des microorganismes. Enfin, un grand nombre de simulations bio-informatiques de dynamique moléculaire ont été réalisées afin de visualiser et de quantifier les interactions à l'échelle atomique entre les analogues peptidiques et deux modèles membranaires de compositions lipidiques différentes simulant précisément les membranes des bactéries à Gram négatif et des bactéries à Gram positif. L'analyse des différentes données obtenues a permis de conclure que les peptides interagissent avec les phospholipides membranaires et que dans plusieurs cas, ils sont capables de perméabiliser la membrane cytoplasmique des microorganismes. Un lien évident, mais pas complètement limpide, entre cette capacité de perméabilisation membranaire et l'activité antimicrobienne a aussi pu être mis en évidence, suggérant un mécanisme mixte d'action impliquant aussi des cibles intracellulaires. En troisième lieu, la stabilité et l'innocuité de ces analogues peptidiques ont été évaluées. Ainsi, l'impact du pH et différentes concentrations de cations monovalents et divalents sur l'activité antimicrobienne des peptides ont été testés, de même que leur résistance à la dégradation thermolytique. La toxicité des peptides a été évaluée sur la base de tests d'activité hémolytique. Finalement, la stabilité dans le tractus gastro-intestinal de deux des peptides a été étudiée avec un modèle dynamique de digestion *in vitro* (TIM-1), lequel est un système spécifiquement conçu pour simuler le processus de digestion dans le tractus gastro-intestinal humain, ainsi que des analyses de chromatographie et de spectrométrie de masse. Les résultats obtenus ont montré que l'activité antimicrobienne des analogues était favorisée à pH acide, qu'elle était diminuée en présence de cations monovalents et complètement inhibée par la présence de cations divalents. De plus, il a pu être conclu que les peptides étudiés étaient très rapidement dégradés dans l'estomac et qu'ils avaient une activité hémolytique négligeable. Pour conclure, les travaux expérimentaux et *in silico* accomplis dans le cadre de ce projet de thèse ont permis de mettre en lumière des liens importants entre la structure chimique, l'activité antimicrobienne et le mécanisme d'action de ces PAMs issus de Scombridés et apparentés à la GAPDH. La stabilité et l'innocuité de ces peptides ont aussi été caractérisées, de sorte qu'un intéressant potentiel d'applications cliniques et alimentaires a pu être mis en évidence. Les fruits de ces efforts, ayant fait l'objet de publications scientifiques, représentent donc une contribution originale à la recherche portée sur le développement de nouvelles molécules antimicrobiennes qui pourraient, éventuellement, offrir des solutions au problème criant posé par la résistance des microorganismes aux antibiotiques classiques. / Antibiotic resistance represents one of the most serious threats to public health in the years ahead. Indeed, the massive and sometimes excessive use of these hallmark molecules of modern medicine has led to the development of microorganisms capable of resisting their action, posing a major challenge to the treatment of the infections they cause. For several years now, the scientific community has been making considerable efforts to develop new antimicrobial molecules that could serve as alternatives to these traditional antibiotics. This research is also highly relevant to the food sector, as the demand for effective, safe preservatives of natural origin is growing in response to concerns about the use of molecules currently available for this purpose (benzoates, nitrates, etc.). Sustained research efforts in recent decades have identified a particularly promising class of molecules: antimicrobial peptides (AMPs). These small molecules made up of amino acids offer several advantages that make them good candidates as alternatives to conventional antibiotic molecules, notably their broad spectrum of action, their low propensity to induce microbial resistance and, in many cases, their natural origin. Marine biomasses, including fish, are excellent sources of AMPs. For example, several AMPs have been isolated from fish of the Scombrids family (mackerel, tuna, etc.), some of which show strong homology with a ubiquitous enzyme in the natural world, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). It was therefore on the basis of an extensive scientific literature that the guiding hypothesis of this project - that modulation of the physico-chemical properties of GAPDH-related AMPs from Scombrids fish can improve their antimicrobial activity - was put forward. The overall aim of the project was to study the structure-activity relationships and mechanisms of action of these AMPs, in order to develop analogous peptides with enhanced antimicrobial activity. This main objective was broken down into three specific objectives to put the hypothesis to the test. The first specific objective of the project was to establish relationships between the chemical structure of these Scombrid-derived peptides homologous to GAPDH and their antibacterial and antifungal activities. To this end, eight peptides were synthesized, including a native AMP already known in the literature and seven chemical analogs in which certain amino acid residues were substituted. The antimicrobial activity of these eight peptides was tested on several bacterial and fungal strains to obtain minimum inhibitory concentration values. Their chemical properties (notably net charge and hydrophobicity) were determined, and their secondary structures were evaluated in different chemical environments using circular dichroism and a bioinformatics prediction method. The results of these experiments revealed that analogs with increased cationic character had stronger antimicrobial activity, while another, more hydrophobic analog showed particularly interesting antifungal activity. The secondary structure of the peptides had no major impact on their activity. The second specific objective was to elucidate the mechanism of action of these different peptide analogs. Of the eight analogs synthesized and tested for antimicrobial activity, five were selected for investigation of their mechanism of action. Interactions between these peptides and various phospholipids in liposome form were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy. Their capacity for membrane permeabilization was also assessed by an experimental method based on the use of two nucleic acid dyes with differential membrane permeabilization capacity as a function of microorganism membrane integrity. Finally, many molecular dynamics bioinformatics simulations were carried out to visualize and quantify the atomic-scale interactions between the peptide analogs and two membrane models with different lipid compositions, precisely simulating the membranes of Gram-negative and Gram-positive bacteria. Analysis of the various data obtained led to the conclusion that peptides interact with membrane phospholipids and, in several cases, are capable of permeabilizing the cytoplasmic membrane of microorganisms. An obvious, but not completely clear, link between this membrane permeabilization capacity and antimicrobial activity has also been demonstrated, suggesting a mixed mechanism of action involving intracellular targets. Thirdly, the stability and safety of these peptide analogs were assessed. The impact of pH and different concentrations of monovalent and divalent cations on the antimicrobial activity of the peptides was tested, as was their resistance to thermolytic degradation. Peptide toxicity was assessed based on hemolytic activity tests. Finally, the stability in the gastrointestinal tract of two of the peptides was studied with a dynamic *in vitro* digestion model (TIM-1), which is a system specifically designed to simulate the digestion process in the human gastrointestinal tract, as well as chromatography and mass spectrometry analyses. The results obtained showed that the antimicrobial activity of the analogs was enhanced at acidic pH, diminished in the presence of monovalent cations and completely inhibited in the presence of divalent cations. It was also concluded that the peptides were rapidly degraded in the stomach and had negligible hemolytic activity. In conclusion, the experimental and *in silico* work carried out as part of this thesis project has revealed important links between the chemical structure, antimicrobial activity and mechanism of action of these GAPDH-related AMPs from Scombrids. The stability and safety of these peptides were also characterized, so that an interesting potential for clinical and food applications could be highlighted. The fruits of these efforts, which have been the subject of scientific publications, thus represent an original contribution to research into the development of new antimicrobial molecules that could eventually offer solutions to the glaring problem posed by microorganism resistance to conventional antibiotics.

Depuis plus de 4 décennies, la lévodopa (L-dopa) demeure la pierre angulaire du traitement pharmacologique de la maladie de Parkinson. Malheureusement après 4 à 5 années de traitement chronique, des patients développent des effets secondaires à la L-dopa comme les complications motrices de type détérioration de fin de dose (wearing-off) et dyskinésies. Ces complications motrices seraient dues en partie à une stimulation non-physiologique des récepteurs dopaminergiques. L'hyperactivité des récepteurs du glutamate au striatum est aussi une des hypothèses plausibles expliquant les dyskinésies induites par la L-dopa. Cette seconde hypothèse a été l'objet principal de ce travail. L'étude a porté d'une part sur des cerveaux d'humains parkinsoniens traités à la L-dopa et ayant des complications motrices, et d'autre part sur des modèles de singes MPTP. Les singes de l'espèce Macaca fascicularis ont été ovariectomisés puis rendus parkinsoniens avec la neurotoxine MPTP. Les singes MPTP traités avec la L-dopa seule ont tous développé des dyskinésies. Par contre ceux traités avec la L-dopa + CI-1041 (antagoniste NR2B/NMDA) ou L-dopa + cabergoline (agoniste D2) n'en avaient pas. Les singes traités avec L-dopa + Ro 61-8048 (inhibiteur de la kynurénine-3-hydroxylase) ou L-dopa + AFQ056 (antagoniste mGluR5) avaient de faibles dyskinésies. Nous avons investigué dans le striatum et le globus pallidus des cerveaux humains et des primates non-humains les récepteurs NR2A/NMDA, NR2B/NMDA, AMPA et mGluR5 en utilisant l'autoradiographie d'un ligand spécifique à chacun de ces récepteurs du glutamate. Par hybridation in situ, nous avons évalué les niveaux d'ARNm de mGluR5 et PSD95 puis par immunobuvardage les taux protéiques de PSD95 et l'état de phosphorylation d'ERKl/2. pERKl/ERKl et pERK2/ERK2 diminuaient quand les taux de L-dopa et dopamine diminuaient dans le striatum. Ro 61-8048, en inhibant l'activité de la kynurénine-3-hydroxylase, augmente la synthèse de l'acide kynurénique pour bloquer les récepteurs du glutamate. Ceci a réduit la phosphorylation d'ERKl/2. L'activation d'ERKl/2 est donc modulée par la dopamine et le glutamate. NR2B/NMDA et mGluR5 augmentent chez les animaux dyskinétiques. Cette augmentation est empêchée par les traitements antidyskinétiques. mGluR5 activé, induit une cascade de signalisation qui renforce l'activité des récepteurs ionotropiques AMPA et NMDA qui sont stabilisés dans la membrane plasmique par la protéine PSD95. Nos résultats démontrent que les récepteurs du glutamate sont impliqués dans la pathogénèse des dyskinésies induites par la L-dopa.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Cette thèse porte sur l’élucidation du mode d’action de peptides synthétiques qui sont des analogues cationiques du peptide modèle 14-mère. À l’instar des peptides antimicrobiens naturels, ces peptides synthétiques induisent des perturbations membranaires et une meilleure connaissance de leur mode d’action s’avère un élément déterminant pour le design de nouveaux peptides synthétiques qui présenteront une activité antibactérienne maximale et une activité hémolytique moindre. Afin de mieux caractériser le rôle de certains déterminants moléculaires sur l’interaction membranaire, nous avons sélectionné deux catégories de peptides, soit des analogues qui ont une structure secondaire en hélice α et qui sont non sélectifs à l’égard des membranes mimétiques de bactérie et des analogues qui forment des feuillets β intermoléculaires et qui sont sélectifs à l’endroit des membranes mimétiques de bactérie. Les études réalisées ont fait intervenir plusieurs techniques spectroscopiques comme la spectroscopie infrarouge, la spectroscopie RMN des solides et la spectroscopie de fluorescence. Tout d’abord, nous avons vérifié le rôle des interactions électrostatiques sur l’interaction membranaire, et ce, en effectuant une étude comparative entre des analogues cationiques et anioniques. Les résultats obtenus démontrent que les peptides anioniques et cationiques ont un impact similaire sur la dynamique des têtes polaires des phospholipides et l’ordre conformationnel des chaînes acyle. Cependant, les tests de relargage ont démontré que seuls les peptides cationiques formant des feuillets β intermoléculaires sont sélectifs alors que les homologues anioniques qui forment des feuillets β intermoléculaires sont inactifs en présence des membranes mimétiques de bactéries et de cellules eucaryotes. Ensuite, pour mieux comprendre le mode de perturbation membranaire des peptides cationiques qui sont non sélectifs et sélectifs, nous avons effectué des études par spectroscopie RMN des solides sur des échantillons de peptides reconstitués dans des bicouches lipidiques mécaniquement orientées entre des lamelles de verre ainsi que échantillons bicellaires. Les résultats ont démontré que les peptides sélectifs perturbaient davantage l’orientation des phospholipides zwitterioniques en comparaison avec les peptides non sélectifs. De plus, les simulations spectrales réalisées sur les spectres expérimentaux suggèrent que les peptides non sélectifs induisent la formation de pores ayant une géométrie toroïdale. En terminant, nous avons étudié la topologie membranaire et la localisation dans la membrane d’un peptide ayant une conformation en hélice α (R5R10) et d’un peptide formant des feuillets β intermoléculaires (R4R11). Les résultats obtenus par RMN de l’azote-15 indiquent que le peptide R5R10 est localisé au niveau de la surface membranaire avec une certaine hétérogénéité dans l’orientation. Cette conclusion est soutenue par des expériences réalisées par spectroscopie infrarouge en mode ATR. Des mesures de distances à partir de la technique REDOR entre les phospholipides et les peptides ont permis de constater que le peptide en hélice α est localisé à proximité du noyau phosphore alors que le peptide en feuillets β agrégés est localisé plus superficiellement au niveau de la surface membranaire. Cette différence de pénétration dans la région interfaciale pourrait expliquer la différence de sélectivité entre le peptide R5R10 (non sélectif) et R4R11 (sélectif). De plus, les tests de relargage de la calcéine ont démontré que les deux peptides induisent une contrainte de courbure positive à la membrane lipidique. Ainsi, l’alliance des résultats suggèrent que le mode de perturbation membranaire des peptides R5R10 et R4R11 est similaire au mécanisme modèle du type sinking-raft. / This thesis is related to the determination of the mode of action of synthetic peptides that are cationic derivatives of the model 14-mer peptide. Similarly to the natural antimicrobial peptides, these synthetic peptides induce membrane perturbations and a better understanding of their mechanism of action is of primary importance to design new synthetic derivatives displaying higher antimicrobial and lower hemolytic activities. In order to characterize the role of certain molecular determinants on the membrane interactions, we have focused on two categories of peptides, namely peptides adopting an α-helical conformation which are non-selective towards bacterial mimetic membranes and peptides forming intermolecular β-sheet structures which are selective towards bacterial mimetic membranes. The experiments were carried out with several spectroscopic techniques such as infrared spectroscopy, solid-state NMR spectroscopy and fluorescence spectroscopy. First, we have studied the effect of electrostatic interactions on the membrane interactions by doing a comparative study between cationic and anionic analogs. The results show that both the anionic and the cationic derivatives have a similar impact on the dynamics of the phospholipid polar headgroups and on the conformational order of the acyl chains. However, dye-release experiments have shown that only the cationic derivatives forming intermolecular β-sheet structures are selective whereas their homologous β-sheet aggregated anionic peptides are inactive in the presence of both bacterial and eukaryotic mimetic membranes Then, to better understand the mode of membrane perturbation of non-selective and selective peptides, we have performed solid-state NMR experiments on peptides reconstituted in oriented samples of phospholipids. The results have shown that the selective peptides disrupt even more the orientation of zwitterionic phospholipids than the non selective peptides. In addition, the spectral simulations performed on experimental spectra suggest that the non-selective peptides induce the formation of pores having a toroidal geometry. To conclude, we have studied the membrane topology and the location into the membrane of the α-helical peptide R5R10 and the β-sheet aggregated peptide R4R11. The results obtained using ¹⁵N NMR indicate that the α-helical peptide is located on the membrane surface with a certain degree of heterogeneity. This conclusion is also supported by experiments performed using ATR spectroscopy. Distance measurements between phospholipids and peptides using the REDOR technique indicate that the α-helical peptide is near the phosphate nucleus of phospholipids whereas the β-sheet aggregated peptide is superficially located on the membrane surface. The difference of penetration into the interfacial region could explain the difference of selectivity between the R5R10 peptide (non selective) and the R4R11 peptide (selective). In addition, dye-release experiments have shown that both peptides induce a negative curvature strain to the membrane. Therefore, by taking into account all the results, it seems that the mechanism of action of these peptides is similar to the sinking-raft model mechanism.

Les microARN sont de courts ARN non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent l'expression des gènes au niveau post-transcriptionnel. Afin d'être actifs, les miARN doivent s'associer à une protéine Argonaute pour former le complexe de régulation par les microARN nommé *microRNA Induced Silencing Complex* (miRISC). Grâce à une complémentarité de bases partielle entre les microARN et leurs cibles, le miRISC peut s'associer à divers ARN messagers (ARNm) afin de réguler leur expression, notamment en inhibant leur traduction ainsi qu'en causant leur dégradation. Ces courtes molécules régulent plusieurs processus cellulaires importants comme la prolifération, la différenciation ainsi que la réponse à plusieurs signaux environnementaux. Même si les interactions entre plusieurs miRISC et leurs cibles sont similaires, le mode de régulation choisi par le miRISC est déterminé par plusieurs facteurs, notamment le contexte cellulaire ainsi que la liaison à divers partenaires d'interaction. Afin d'identifier de nouveaux modulateurs de la fonction du miRISC, nous avons effectué un criblage moléculaire de type double-hybride avec une région unique de la protéine ALG-1, une protéine Argonaute spécifique aux microARN chez le nématode *C. elegans*. Cette approche a permis d'identifier plusieurs partenaires d'interactions soupçonnés d'exercer une fonction régulatrice sur ALG-1. Parmi les nouveaux interacteurs identifiés, nous avons choisi de caractériser le rôle d'un co-chaperon moléculaire de la famille des HSP40 nommé DNJ-12. Nous avons émis l'hypothèse que la protéine DNJ-12 constitue un partenaire d'interaction spécifique de ALG-1 et qu'elle peut réguler la fonction du miRISC chez le nématode *C. elegans*. Afin d'élucider la fonction de DNJ-12 dans la voie des microARN, nous avons divisé ce projet de recherche en trois objectifs principaux : 1) Déterminer si DNJ-12 interagit avec d'autres protéines Argonautes, 2) Évaluer l'effet de la perte de DNJ-12 sur la fonction des microARN au niveau phénotypique et 3) Élucider les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de ALG-1 par DNJ-12. Tout d'abord, après avoir confirmé l'interaction entre ALG-1, nous avons déterminé que DNJ-12 n'interagissait pas avec d'autres protéines Argonautes chez *C. elegans*, incluant l'autre Argonaute spécifique aux microARN ALG-2 ainsi que PRG-1 et RDE-1, deux Argonautes liant d'autres types de courts ARN. Par la suite, la déplétion de DNJ-12 à l'aide du système de degron inductible à l'auxine a causée plusieurs phénotypes développementaux associés à un mauvais fonctionnement des microARN, ce qui confirme son implication comme modulateur de la fonction des microARN. Nous avons également identifié que la déplétion de DNJ-12 entraîne une diminution de l'interaction entre HSP70 et ALG-1, ce qui nous poussa à investiguer le rôle de DNJ-12 dans le chargement des microARN. La perte de DNJ-12 empêche le chargement de plusieurs microARN dans la protéine Argonaute ALG-1 en plus d'entraîner une diminution de leurs niveaux. Collectivement, mes travaux de doctorat ont permis d'identifier un nouvel interacteur de la protéine Argonaute ALG-1 ayant la capacité de réguler le chargement des microARN *in vivo*. Cette avancée nous permet de mieux comprendre le fonctionnement des microARN *in vivo* en plus de fournir un modèle pouvant potentiellement expliquer les différences entre ALG-1 et ALG-2. / MicroRNAs are small non-coding RNAs measuring approximately 22 nucleotides that regulate gene expression post-transcriptionally. To be active, they must associate with an Argonaute protein to form the microRNA Induced Silencing Complex (miRISC). By binding partially complementary sequences in mRNAs, microRNAs guide the miRISC to these targets, leading to their regulation mainly through translation inhibition and mRNA decay. These short molecules regulate several important cellular processes, including proliferation, differentiation and response to various environmental stresses. Despite similarities in the interactions between different miRISCs and their targets, the mode of regulation used by the miRISC is determined by several factors, including the cellular context and the binding to various interaction partners. To identify novel modulators of the miRISC function, we performed a two-hybrid screen using a unique region of ALG-1, one of the microARN-specific Argonaute in *C. elegans*. This approach identified multiple new interactors suspected of exerting a regulatory function on ALG-1. Among the new interactors identified, we chose to characterize the role of a molecular co-chaperone from the HSP40 family named DNJ-12. We hypothesized that DNJ-12 is a specific interactor of ALG-1 that may regulate miRISC function in the nematode *C. elegans*. To elucidate the role of DNJ-12 in the microRNA pathway, we divided this research project into three main objectives: 1) Determine whether DNJ-12 interacts with other Argonaute proteins, 2) Assess the effect of DNJ-12 loss on microRNA function phenotypically and 3) Elucidate the molecular mechanisms involved in ALG-1 regulation by DNJ-12. After confirming the interaction between ALG-1 and DNJ-12 by immunoprecipitation, we determined that DNJ-12 did not interact with other Argonaute proteins, including the other microRNA-specific Argonaute ALG-2 as well as PRG-1 and RDE-1, two Argonautes binding other types of small RNAs. Subsequently, depletion of DNJ-12 using the auxin-inducible degron system caused several developmental phenotypes associated with microRNA malfunction, confirming its involvement as a modulator of microRNA function. We also identified that DNJ-12 depletion leads to a decrease in the interaction between HSP70 and ALG-1, prompting us to investigate the role of DNJ-12 in microRNA loading. The loss of DNJ-12 prevented the loading of several microRNAs onto ALG-1, in addition to causing a decrease in their levels. In summary, my doctoral work identified a novel ALG-1 interactor with the ability to regulate microRNA loading *in vivo*. This discovery allows us to better understand how microRNAs work *in vivo* while providing a model that could potentially explain the differences between ALG-1 and ALG-2.

Les transferts d'électrons sont très souvent accompagnés de transferts de proton, que ce soit lors de processus naturels, enzymatiques ou artificiels. Le fonctionnement du photosystème II en est un exemple remarquable : l'oxydation de l'eau en dioxygène grâce à l'énergie solaire fait intervenir à plusieurs reprises le couplage entre transfert d'électron et transfert de proton, notamment lors de l'oxydation d'une tyrosine. Notre étude a porté sur l'oxydation de divers phénols en milieu aqueux comme premier modèle. Cette réaction peut suivre deux types de mécanisme : séquentiel ou concerté. L'oxydation du 2,4,6-tri-tert-butylphénol et du phénol a été étudiée par des méthodes hétérogènes (électrochimie directe) et homogènes (catalyse rédox, transfert électronique photoinduit et « stopped flow »). En milieu non-tamponné, pour les solutions les plus basiques, il y a tout d'abord déprotonation puis oxydation. A mesure que le pH diminue, ce mécanisme laisse place à un mécanisme concerté avec libération du proton dans l'eau. Il est à noter que le mécanisme séquentiel avec un transfert d'électron suivi du transfert de proton n'est jamais compétitif. Dans le cas du phénol, l'énergie de réorganisation associée au mécanisme concerté a été estimée à 0,4 eV. Lorsque le proton est capté par une base d'un tampon (milieu phosphate), l'énergie de réorganisation est de 0,7 eV. Cette différence a été interprétée par un rôle spécifique joué par l'eau en tant qu'accepteur de proton, un petit nombre de molécules d'eau pré-organisées étant nécessaires lors de la réaction d'oxydation du phénol. Le modèle qualitatif proposé a été corroboré par des expériences menées dans des mélanges eau / acétonitrile.

Au cours de la dernière décennie, des travaux de recherche importants ont été effectués dans le domaine de la microrobotique. Ces travaux concernent la conception, la fabrication et la commande de microrobots destinés à exécuter diverses tâches dans le micromonde (le monde des objets de taille micrométrique). Il s'agit notamment de tâches de manipulation d'objets artificiels ou biologiques à des fins de positionnement, de caractérisation ou de tri mais aussi pour le micro-assemblage industriel. Les recherches effectuées ont montré l'efficacité des matériaux actifs pour l'actionnement des microrobots. Toutefois, en dépit de leur haute résolution intrinsèque, ces matériaux présentent des inconvénients qui rendent la commande des microrobots difficile. Le comportement de ces matériaux et plus généralement des actionneurs qui les utilisent est souvent complexe, non linéaire et parfois non stationnaire. L'implantation de lois de commande nécessite donc l'emploi de capteurs et d'instruments coûteux et encombrants pour le traitement des signaux et l'exécution en temps réel. Dans le but de lever les difficultés citées précédemment et d'ouvrir des perspectives nouvelles pour la conception et la commande de microrobots, nous proposons une nouvelle approche pour la microrobotique appellée « microrobotique numérique » qui utilise un concept de modularité et une commande en boucle ouverte. Ces nouveaux microrobots sont construits à partir de « modules élémentaires » possédant deux états mécaniques stables et répétables. La position de l'extrémité du microrobot dépend de l'état des différents modules bistables qui le composent. Cette approche introduit un nouveau paradigme en microrobotique permettant la conception de cinématiques diverses adaptées au micromonde. Les principaux avantages de cette nouvelle microrobotique sont la modularité, l'absence de capteurs, la flexibilité, la possibilité de réaliser des robots microfabriqués et l'absence d'asservissement. Cette thèse propose la conception, la microfabrication et la caractérisation d'un module bistable.

Les rayons cosmiques d'ultra-haute énergie forment un sujet d'astroparticules très actif car nos connaissances dans ce domaine sont encore loin d'être complètes. Par exemple, ni la nature ni les sources de ces particules ne sont clairement identi- fiées. Le seul fait expérimental bien établi à ce jour est l'existence d'une coupure dans le flux en énergie, autour de 4 × 1019 eV, en bon accord avec la coupure prédite par Greisen-Zatsepin-Kuzmin, comme conséquence de l'interaction des rayons cosmiques avec le rayonnement de fond cosmologique, aux énergies les plus hautes. Concernant les sources, seule une statistique accrue peut éventuellement résoudre l'énigme et il faudra probablement attendre une prochaine génération d'expériences, proposant une surface de collection encore plus grande que celles actuellement en cours d'acquisition, comme l'Observatoire Pierre Auger ou Telescope Array. Avant d'augmenter la statis- tique, une bonne connaissance à la fois de l'énergie du rayon cosmique et de sa nature aidera à comprendre les mécanismes opérant à leurs sources. Concernant l'identification de la nature du rayon cosmique, des améliorations des détecteurs actuels sont en cours ou envisagées. Elles devraient permettre de mesurer certaines composantes spécifiques des gerbes atmosphériques comme par exemple la contribution électromagnétique, via le champ électrique émis par les électrons et positrons secondaires. Je présente dans cette HDR une revue des résultats actuels concernant le thème des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie. Après avoir présenté quelques résultats sur le mécanisme de Fermi pour accélérer les rayons cosmiques, j'aborde en particulier la re- construction des gerbes atmosphériques détectées par le réseau de surface de l'Observa- toire Pierre Auger ainsi que la recherche des sources, basée sur la connaissance fine de la couverture du ciel, impliquant une maîtrise des performances du détecteur. Je traite également en détails le signal radio émis par les électrons et positrons secondaires des gerbes, dans le domaine du MHz. Ce signal est étudié depuis le milieu des années 1960 mais la technologie n'en permet une exploitation complète que depuis les années 2000. Je propose un état des lieux de nos connaissances à travers les résultats des expériences actuelles 1 dans ce domaine. Les données montrent que le champ électrique est princi- palement dû à l'influence du champ magnétique terrestre agissant sur les électrons et positrons mais plus récemment, la contribution due à l'excès l'électrons semble appa- raître dans les données. Enfin, je présente nos dernières avancées dans le domaine de la simulation du champ électrique, avec notamment la prédiction d'un signal nouveau, produit par la disparition de la gerbe atmosphérique lors de son absorption dans le sol.

Le transfert d'électron associé au transfert de proton ou à la coupure de liaison est un processus omniprésent dans les systèmes naturels et biologiques. Comprendre les enjeux mécanistiques impliqués dans le fonctionnement de ces systèmes permet de les exploiter et de pouvoir les imiter. Deux systèmes bio-inspirés ont été étudiés par électrochimie directe, l'oxydation d'une paire de base guanine-cytosine et la réduction d'un cycloperoxyde assistée par la présence d'un groupe donneur de proton. Le premier système associe le transfert d'électron au transfert de proton alors que le second illustre le couplage entre le transfert d'électron et de proton et la coupure de liaison. L'appariement entre les bases de l'ADN par liaison hydrogène n'a aucun effet sur la cinétique et la thermodynamique de l'oxydation de la guanine. La réaction est cinétiquement contrôlée par la première étape du transfert électronique et le mécanisme impliqué est séquentiel. La coupure réductrice de la liaison O-O du cycloperoxyde assistée par la présence d'un groupe donneur de proton est comparée à un autre système où la fonction acide carboxylique est remplacée par un groupe méthoxy. Un décalage de 700 mV est observé entre les potentiels de pic des deux composés indiquant que le gain thermodynamique offert par l'étape de protonation est exprimé dans la cinétique de la réaction. Par conséquent le transfert d'électron dissociatif et le transfert de proton sont tous concertés. Un nouveau modèle cinétique simplifié a été établie pour décrire la dynamique de ce type de mécanisme appelé " tout concerté ".

La thèse conduit une analyse cinématique des mécanismes spatiaux allant de mécanismes sphériques aux mécanismes spatiaux sur-contraints basés sur la méthode matricielle D-H et l’applique pour explorer le comportement rigide de pliabilité et de mouvement des modèles d’origami. Dans ce processus, la pliabilité rigide du motif origami en torsion triangulaire est d’abord examinée sur la base de la cinématique du réseau de mécanismes 4 R sphériques et de nouveaux mécanismes 6 R sur-contraints dérivés par la technique du kirigami. Ensuite, la cinématique du mécanisme de Bricard 6 R plan-symétrique est analysée et ses variations de bifurcation sont discutées. Après cela, les résultats sont appliqués pour étudier le pliage symétrique de l’origami de la waterbomb à six plis à panneau épais, qui est modélisé sous laforme d’un réseau de mécanismes de Bricard 6 R plan-symétriques. Le comportement de mouvement de sa tessellation correspondante de feuille de zéro-épaisseur est démontré par unréseau de mécanismes 6 R sphériques. Enfin, le comportement de mouvement de la forme cylindrique fermée de l’origami de la waterbomb est analysé à travers une étude paramétrique, en le modélisant comme un réseau fermé de mécanismes 6 R sphériques. Ces études aident à approfondir la compréhension de la cinématique des mécanismes spatiaux et du mouvement rigide de l’origami, et à jeter les bases des applications techniques des mécanismes spatiaux et des motifs d’origami rigides. / This dissertation conducts kinematic analysis of spatial linkages ranging from spherical linkages to overconstrained linkages based on the D-H matrix method, and applies it to explore the rigid foldability and motion behaviour of origami patterns. In this process, the rigid foldability of triangle twist origami pattern is firstly examined based on the kinematics of spherical 4 R linkage network and new overconstrained 6 R linkages are derived by kirigami technique. Then the kinematics of the plane-symmetric Bricard 6 R linkage is analyzed and its bifurcation variations are discussed. After that, the results are applied to study the symmetric folding of six-crease thick-panel waterbomb origami, which is modelled as a network of planesymmetric Bricard 6 R linkages. The motion behaviour of its corresponding tessellation of zerothickness sheet is demonstrated by a network of spherical 6 R linkages. Finally, the motion behaviour of the closed cylindrical form of waterbomb origami is investigated through a parametric study, by means of modelling it as a closed network of spherical 6 R linkages. These studies help to deepen the understanding of spatial linkage kinematics and rigid origami motion, and lay the foundation for engineering applications of spatial linkages and rigid origami patterns.

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