Mes travaux de thèse mettent en avant le développement de la stratégie métabonomique dans le cadre de deux thématiques d'actualité : le domaine du dopage sportif (Partie A) et celui de l'Exposome (Partie B). La première partie regroupe deux études et a pour objectif d'évaluer la contribution de la métabonomique au développement de nouveaux outils de criblage du dopage. Au cours de ces études, je me suis intéressée à l'analyse non-ciblée d'échantillons d'urine d'athlètes dopés et non- dopés, fournis par l'Agence Française de Lutte contre le Dopage et par des volontaires. L'originalité de cette démarche réside dans son caractère non-ciblé et plus particulièrement, dans sa capacité à mettre en évidence des perturbations au niveau métabolique grâce à (i) la spectrométrie de masse haute résolution (ToF) et très-haute résolution (FT-ICR) et (ii) l'analyse de données multivariées. Des potentiels biomarqueurs du dopage au tétrahydrocannabinol, salbutamol et budésonide ont ainsi pu être mis en évidence. La deuxième partie de ma thèse a pour objectif d'évaluer l'impact de la vinclozoline sur le système hormonal de rats et répond ainsi aux besoins de la nouvelle réglementation. Pour cette étude, je me suis donc intéressée aux échantillons de testicules de rats ayant subi un traitement à la vinclozoline. De par son caractère compréhensif, l'approche métabonomique m'a permis d'apporter des informations complémentaires aux études ciblées réalisées auparavant. Ces travaux me permettent alors de mettre en évidence les apports et les limites de la stratégie métabonomique par rapport : (1) au choix et à la préparation des échantillons d'origine biologique, (2) aux avantages et aux inconvénients des différentes techniques analytiques, (3) aux possibilités en termes de traitement des données, (4) aux exigences statistiques et (5) à la valeur biologique des résultats obtenus / My research work highlights the development of a metabonomic strategy through two topical issues: the doping in sport (Part A) and the Exposome (Part B). The first part includes two studies and aims to assess the contribution of metabonomics to the development of new screening tools. During these studies, I focused on the non-targeted analysis of clean and doped urine samples provided by the French Anti-Doping Agency and by volunteers. The originality of this approach lies in its non-targeted nature and, particularly, in its ability to highlight metabolic disruptions by (i) high-resolution (ToF) and very high-resolution (FT ICR) mass spectrometry and (ii) the analysis of multivariate data. The implemented strategy revealed several potential biomarkers for the use of tetrahydrocannabinol, budesonide and salbutamol. The second part of this thesis aims to evaluate the impact of vinclozolin on the hormonal system of rats and thus meets the requirements of the new regulations. For this study, I focused on testes extracts coming from rats treated with vinclozolin. Due to its comprehensive nature, the metabonomic study provided additional information to the previous targeted approach. All these results highlight the contributions and the limitations of metabonomics with regard to: (1) the choice and the preparation of biological samples, (2) the advantages and disadvantages of different analytical techniques, (3) the opportunities in terms of data processing, (4) the statistical requirements and (5) the biological value of the results

L’étiologie des troubles du spectre autistique (TSA) est multifactorielle mettant en jeu une forte composante génétique ainsi que des facteurs environnementaux. A ce jour, il n’existe aucun biomarqueur facilitant un diagnostic précoce des TSA, ce qui permettrait une meilleure prise en charge des patients. De plus, les mécanismes physiopathologiques sont encore mal connus. La majorité des études sur les TSA ont été réalisées sur des populations occidentales. Ainsi, nous avons voulu étudier un groupe de patients libanais atteints de TSA. Nos objectifs s’articulent autour de trois volets : 1) L’identification de facteurs de risques environnementaux dans le but de mieux comprendre la pathologie. Les résultats de cette étude ont montré que plusieurs facteurs tels que la consanguinité, le stress au cours de la grossesse et la prématurité semblent être des facteurs de risques. 2) L’identification des variations structurales dans le génome des enfants atteints de TSA afin d'évaluer la contribution de CNV par l'approche de CGH array à haute résolution. Cette étude nous a permis d’identifier de nouveaux gènes dans les TSA ainsi de confirmer la présence des régions et des gènes déjà cités dans des études précédentes sur les TSA. 3) L’identification des métabolites urinaires et des voies métaboliques associés afin de proposer des biomarqueurs aidant à un diagnostic précoce et à une meilleure compréhension de la physiopathologie de la maladie. De nouveaux métabolites ont été identifiés, comme nous avons confirmé des variations anomalies déjà citées dans la littérature concernant certains métabolites qui pourraient représenter des marqueurs robustes de la maladie. / The etiology of autism spectrum disorders (ASD) is multifactorial involving a strong genetic component as well as environmental factors. To date, there is no biomarker facilitating early diagnosis of ASD to improve patient management and outcomes. In addition, the physiopathological mechanisms are still poorly understood. Most studies on ASD have been conducted in Western populations. Thus, we wanted to study a group of Lebanese patients with ASD. Our objectives focus around three aspects: 1) The identification of environmental risk factors in order to better understand the pathology. The results of this study showed that several factors such as consanguinity, stress during pregnancy and prematurity appear to be risk factors. 2) The identification of structural variations in the genome of children with ASD in order to evaluate the contribution of CNV by high resolution CGH array approach. This study allowed us to identify new genes in ASD as well as to confirm the presence of regions and genes already cited in previous ASD studies. 3) The identification of metabolites and associated metabolic pathways to provide biomarkers for early diagnosis and to better understanding of the pathophysiology of the disease. New metabolites have been identified and we have confirmed variations already mentioned in the literature concerning certain metabolites that could represent robust markers of the disease.

Le projet « Viola Tolosa » a pour objectif de valoriser une plante produite en Occitanie, la violette et plus particulièrement l’emblématique violette de Toulouse, pour des domaines essentiellement non alimentaires tels que la chimie des substances naturelles et la cosmétique. Les violettes appartiennent au genre Viola qui comprend plus de 500 espèces. Aujourd’hui, leurs usages sont principalement limités à des aspects ornementaux et culinaires. Néanmoins, l’intérêt croissant de la part des acteurs de la filière (industriels, cultivateurs et académiques) a conduit la région Occitanie à mettre en place le projet Viola Tolosa intitulé « Spéciation chimique de la collection nationale des violettes et mise en place d’un agro-raffinage de la violette de Toulouse ». Il comporte quatre aspects interdisciplinaires associant aspects fondamentaux et applicatifs. La caractérisation de la centaine de plants de la collection de violettes détenue par les serres municipales de Toulouse, identifiée à 80% par des noms de cultivars ou vernaculaires, a été réalisée par l’intermédiaire d’études génétique et chimiotaxonomique. Une première étude génétique basée sur les séquences des espaces internes transcrits a permis de classer 58% de la collection au rang d’espèce. Cette étude phylogénétique a été complétée par une étude chimiotaxonomique à l’aide des profils chimiques des fractions volatiles des fleurs et non-volatiles des parties aériennes de la collection. Une projection orthogonale de structures latentes a permis d’indexer 96% de l’ensemble des plants par un nom d’espèce. L’étude des métabolites secondaires non volatils des feuilles a été entreprise dans le but d’étudier le potentiel biologique des violettes, notamment les activités antioxydante, antifongique et inductrice des réponses immunitaires des plantes. L’étude détaillée d’un extrait hydroalcoolique de la violette de Toulouse a permis d’identifier huit composés antioxydants de la famille des flavonoïdes et des coumarines, dont trois ont été caractérisés par RMN 1D et 2D et deux de novo dérépliqués par réseau moléculaire. L’application sur l’ensemble de la collection a ensuite permis d’identifier six composés antioxydants, dont deux coumarines et quatre flavonoïdes, prépondérants chez deux espèces. Une relation espèce-activité a donc été mise en évidence. Au niveau des activités antifongiques, réalisées sur cinq souches de champignons, et de défenses végétales, par l’intermédiaire de l’étude de l’expression du gène marqueur « pathogenesis-related protein 1 », les résultats sont plus ambigus. Cependant, certaines espèces ont présenté une activité plus prononcée que les autres et ce criblage a permis de poser une hypothèse forte quant à l’implication des cyclotides. Finalement, l’ensemble de ces travaux a permis d’obtenir une carte d’identité des violettes de la collection (identification génétique, profil chimique, potentiel biologique) et une description semi-quantitative de l’ensemble des groupes chimiques est proposée par combinaison des données chromatographiques du détecteur Corona (CAD) et des données spectrales. Différentes méthodes d’extraction (électroporation, micro-ondes, CO2 supercritique et extraction hydroalcoolique) répondant aux préceptes de la chimie verte ont ensuite été comparées afin de sélectionner celle présentant le meilleur compromis entre le cahier des charges cosmétiques et l’enrichissement en molécules d’intérêt, en vue d’un transfert technologique. / The "Viola Tolosa" project aims to promote a plant produced in Occitanie region, the violet and especially the emblematic violet of Toulouse, essentially for non-food fields such as the chemistry of natural compounds and cosmetics. Violets belong to Viola genus including more than 500 species. Today, their uses are mainly limited to ornamental and culinary aspects. Nevertheless, the growing interest of the actors of the sector (industrials, growers and academicals) led the Occitanie region to implement the Viola Tolosa project entitled "Chemical speciation of the national collection of violets et establishment of an agro-refining of the violet of Toulouse ". It comprises four interdisciplinary aspects associating fundamental and applicative aspects. The characterization of the 100 or so plants in the violet collection owned by the Toulouse municipal greenhouses, including 80% identified by cultivar or vernacular names, was carried out through genetic and chemotaxonomic studies. A first genetic study based on internal transcribed spacers conducted to classify 58% of the collection as a species. This phylogenetic study was completed by chemotaxonomic studies of chemical profiles of flowers volatile fractions and non-volatile aerial parts of the collection. Discriminant analysis of orthogonal projection to latent structure model finally allowed indexation of 96% of all plants with a species name. Study of non-volatile secondary metabolites of leaves has also been undertaken to study the biological potential of violets, including antioxidant, antifungal and defense inducer. The detailed study of a hydroalcoholic extract of the violet of Toulouse allowed the identification of eight antioxidant compounds belonging to flavonoids and coumarins. Three of them have been characterized by 1D and 2D NMR and two were de novo dereplicated through molecular network. The application to the whole collection conducted to highlight six antioxidant compounds, including two coumarins and four flavonoids, predominant in two species. A species-activity relationship was therefore highlighted. Regarding antifungal activities carried out on five fungal strains, and defense inducer through the study of pathogenesis-related protein 1, the results are more ambiguous. However, some species showed better activity than others and this screening led to a strong hypothesis regarding the involvement of cyclotides. Finally, all this work led to the establishment of an identity card of violets of the collection (genetic identification, chemical profiling, et biological potential) et a semi-quantitative description of all the species is considered by combining chromatographic data based on corona detector et spectral data. Different methods of extraction (electroporation, microwaves, supercritical CO2 et hydroalcoholic extraction) corresponding to green chemistry precepts were then compared in order to select the one presenting the best compromise between cosmetic specifications et enrichment in molecules of interest, for technological transfer.

L’émergence des méthodes de déréplication comme moyen d’identification rapide des substances naturelles connues implique le développement conjoint d’outils informatiques dédiés au traitement et à l’analyse des données spectrales. Dans ce contexte, les travaux présentés dans ce mémoire ont porté sur le développement de deux méthodes in silico de déréplication par résonance magnétique nucléaire (RMN). La première méthode, DerepCrud, permet l’identification des molécules naturelles à partir d’extraits naturels bruts en utilisant des données de RMN du 13C. La méthode permet de comparer des spectres de RMN 1D du 13C issus de l’analyse d’un extrait naturel à ceux des molécules naturelles répertoriées dans une base de données locale afin de pouvoir identifier les composés majoritaires. La deuxième méthode, BCNet, permet d’exploiter les données RMN bidimensionnelles (HMBC et HSQC) pour la déréplication de molécules naturelles. L’algorithme construit un réseau de corrélations HMBC formés par les signaux appartenant aux différentes molécules constituant un extrait puis isole les signaux de chaque molécule grâce à l’utilisation d’algorithmes de détection de communautés. Les molécules sont enfin identifiées en effectuant une recherche dans la base de données des corrélations HMBC. A la fin de la procédure, la présence des molécules identifiées est confirmée par une comparaison de leurs corrélations HSQC théoriques (aussi issues de la base de données) avec les corrélations expérimentales correspondantes afin de renforcer la précision de l’identification. / The emergence of dereplication strategies as a new tool for the rapid identification of the natural products from complex natural extracts has unveiled a great need for cheminformatic tools for the treatment and analysis of the spectral data. The present thesis deals with the development of in silico dereplication methods based on Nuclear Magnetic Resonance (NMR). The first method, DerepCrud, is based on 13C NMR spectroscopy. It identifies the major compounds contained in a crude natural extract without any need for fractionation. The principle of the method is to compare the 13C NMR spectrum of the analyzed mixture to a series of 13C NMR chemical shifts of natural compounds stored in a local database. The second method, BCNet, is designed to exploit the richness of 2D NMR data (HMBC and HSQC) for the dereplication of the natural products. BCNet traces back the network formed by the HMBC correlations of the molecules present in a naturel extract, then isolates the groups of correlations belonging to the individual molecules using a community detection algorithm. The molecules are identified by searching these correlations within a locally constructed database that associates natural product structures and 2D NMR peak positions. Finally, the HSQC correlations of the molecules identified during the previous step are compared to the experimental HSQC correlations of the studied extract in order to increase the quality of identification accuracy.

La métabolomique permet une étude à large échelle du profil métabolique d'un individu, représentatif de son état physiologique. La comparaison de ces profils conduit à l'identification de métabolites caractéristiques d'une condition donnée. La métabolomique présente un potentiel considérable pour le diagnostic, mais également pour la compréhension des mécanismes associés aux maladies et l'identification de cibles thérapeutiques. Cependant, ces dernières applications nécessitent d'inclure ces métabolites caractéristiques dans un contexte plus large, décrivant l'ensemble des connaissances relatives au métabolisme, afin de formuler des hypothèses sur les mécanismes impliqués. Cette mise en contexte peut être réalisée à l'aide des réseaux métaboliques, qui modélisent l'ensemble des transformations biochimiques opérables par un organisme. L'une des limites de cette approche est que la métabolomique ne permet pas à ce jour de mesurer l'ensemble des métabolites, et ainsi d'offrir une vue complète du métabolome. De plus, dans le contexte plus spécifique de la santé humaine, la métabolomique est usuellement appliquée à des échantillons provenant de biofluides plutôt que des tissus, ce qui n'offre pas une observation directe des mécanismes physiologiques eux-mêmes, mais plutôt de leur résultante. Les travaux présentés dans cette thèse proposent une méthode pour pallier ces limitations, en suggérant des métabolites pertinents pouvant aider à la reconstruction de scénarios mécanistiques. Cette méthode est inspirée des systèmes de recommandations utilisés dans le cadre d'activités en ligne, notamment la suggestion d'individus d'intérêt sur les réseaux sociaux numériques. La méthode a été appliquée à la signature métabolique de patients atteints d'encéphalopathie hépatique. Elle a permis de mettre en avant des métabolites pertinents dont le lien avec la maladie est appuyé par la littérature scientifique, et a conduit à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents et à la proposition de scénarios alternatifs. Elle a également orienté l'analyse approfondie des données brutes de métabolomique et enrichie par ce biais la signature de la maladie initialement obtenue. La caractérisation des modèles et des données ainsi que les développements techniques nécessaires à la création de la méthode ont également conduit à la définition d'un cadre méthodologique générique pour l'analyse topologique des réseaux métaboliques. / Metabolomics allows large-scale studies of the metabolic profile of an individual, which is representative of its physiological state. Metabolic markers characterising a given condition can be obtained through the comparison of those profiles. Therefore, metabolomics reveals a great potential for the diagnosis as well as the comprehension of mechanisms behind metabolic dysregulations, and to a certain extent the identification of therapeutic targets. However, in order to raise new hypotheses, those applications need to put metabolomics results in the light of global metabolism knowledge. This contextualisation of the results can rely on metabolic networks, which gather all biochemical transformations that can be performed by an organism. The major bottleneck preventing this interpretation stems from the fact that, currently, no single metabolomic approach allows monitoring all metabolites, thus leading to a partial representation of the metabolome. Furthermore, in the context of human health related experiments, metabolomics is usually performed on bio-fluid samples. Consequently, those approaches focus on the footprints left by impacted mechanisms rather than the mechanisms themselves. This thesis proposes a new approach to overcome those limitations, through the suggestion of relevant metabolites, which could fill the gaps in a metabolomics signature. This method is inspired by recommender systems used for several on-line activities, and more specifically the recommendation of users to follow on social networks. This approach has been used for the interpretation of the metabolic signature of the hepatic encephalopathy. It allows highlighting some relevant metabolites, closely related to the disease according to the literature, and led to a better comprehension of the impaired mechanisms and as a result the proposition of new hypothetical scenario. It also improved and enriched the original signature by guiding deeper investigation of the raw data, leading to the addition of missed compounds. Models and data characterisation, alongside technical developments presented in this thesis, can also offer generic frameworks and guidelines for metabolic networks topological analysis.

Le premier acide aminé incorporé dans une chaîne polypeptidique naissante est toujours la méthionine. On identifie donc toujours ce premier résidu à la méthionine N-terminale. Cependant, les deux tiers des protéines accumulées à l’état stationnaire ne présentent plus leur méthionine initiatrice. Cet enlèvement résulte essentiellement d’une maturation protéolytique affectant chaque protéine. Ainsi, l’Excision de la Méthionine N-terminale (NME) concerne la majorité des protéines et ce dès que les premiers résidus émergent du ribosome. Ce mécanisme est retrouvé dans tous les compartiments cellulaires où une synthèse protéique a lieu : le cytoplasme, les plastes et les mitochondries. Les enzymes responsables du clivage de la méthionine initiatrice sont les METhionine AminoPeptidases (METAPs) ; les METAPs sont conservées dans le Règne vivant. Des études fonctionnelles de délétions géniques ont montré le caractère létal du maintien de la première méthionine dans tous les organismes. Il y a plus de dix ans, les METAPs ont été identifiées comme étant la cible de composés naturels ayant des effets anticellulaires. Aujourd’hui un nombre croissant d’études rapportent que la NME est une cible prometteuse pour le traitement de nombreuses pathologies. Néanmoins, les bases moléculaires qui expliquent le caractère essentiel de la NME restent très peu comprises, en particulier dans le cytoplasme des eucaryotes supérieurs. Grâce à un système inductible permettant de moduler finement la NME cytoplasmique dans la plante modèle Arabidopsis thaliana et différentes approches incluant des analyses protéomiques et métabolomiques, j’ai pu étudier les événements moléculaires précoces associés à l’inhibition de la NME cytoplasmique. J’ai également caractérisé la contribution relative des deux types de METAP cytoplasmiques au processus. Dans ce contexte, j’ai pu démontrer chez A. thaliana que la NME cytoplasmique agit sur deux voies de signalisation fréquemment dérégulées lors de conditions pathologiques : le statut des composés thiolés et la protéolyse. La diminution de la NME cytoplasmique induit une protéolyse accrue principalement via une augmentation du nombre de protéines destinées à une dégradation rapide. Ainsi, l’activité de la NME, en modulant la sensibilité de nombreuses protéines à subir la protéolyse, est un élément fondamental de la régulation de la demi-vie protéique. Finalement, mes résultats simialires obtenus également chez les Archées, levures et les lignées de cellules humaines suggèrent l’existence d’un mécanisme ubiquitaire associé à la NME. / The first amino acid incorporated in nascent polypeptide chain is always methionine so called N-terminale methionine. However, in a given proteome, more than fifty percent of proteins have not this first methionine. Indeed, the early proteolytic event affecting a majority of proteins is N-terminal Methionine Excision (NME) as soon as few residues exit from the ribosome. Enzymes ensuring NME process are conserved along species. This mechanism takes place in all compartments where protein synthesis occurs including cytoplasm, plastids and mitochondria and the enzymes responsible of N-methionine excision are METhionine AminoPeptidases (METAP). Early functional studies of gene deletion has quickly showed that NME is an essential process. Ten years ago, METAPs have been identified as the molecular target of natural compounds with anticancer activities. Now, a growing number of studies suggest that NME is a promising target for treatment of various deseases. Nevertheless, molecular mechanisms making NME an essential process is poorly understood in particular in higher eukaryote cytoplasms.Using a dedicated inducible system in the model organism Arabidopsis thaliana and multiple approaches, including proteomics and metabolomics, I examined the earliest molecular events associated with the inhibition of this process and the contribution of both METAP to NME process. In this context, I demonstrated that cytoplasmic NME in A. thaliana orchestrates a cross-talk between two fundamental signaling pathways frequently deregulated in pathological conditions: thiol status and proteolysis. In these studies, we demonstrated that developmental defects induced by cytoplasmic NME inhibition are associated with an increase of the proteolytic activity due to an increase of the proteins available for rapid degradation. Thus, NME activity that modifies the availability of several proteins for degradation is an integral and fundamental element protein turnover regulation. Finally my preliminary results obtained in Archea, Fungi and human cells seem to suggest the existence of a ubiquitous mechanism associated with NME process.

Issue d'un partenariat de recherche entre le CEA et les laboratoires Servier, cette thèse avait pour objectif d'évaluer l'approche métabolomique par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) pour l'identification de marqueurs indirects de l'induction dans les espèces de toxicologie. Le travail de thèse a débuté par l'optimisation de la méthode d'acquisition des empreintes métaboliques tant sur le plan analytique que dans le domaine du traitement des données brutes. Un outil reposant sur les matrices d'auto corrélation a alors été développé afin de s'affranchir d'une partie de la redondance du signal obtenu par spectrométrie de masse. Dans un troisième temps, les indices de Kendrick couplés à la sélectivité méthylène ont été appliqués à l'étude de composés biologiques en spectrométrie de masse haute résolution afin de proposer une méthode alternative de visualisation des données offrant une aide à l'identification des variables. Enfin, dans une dernière partie, les efforts se sont portés sur l'identification des composés endogènes modifiés au cours du protocole d'induction.

La transplantation pulmonaire est une alternative thérapeutique ultime dans de nombreuses maladies pulmonaires sévères, en particulier chez des patients atteints de mucoviscidose (Cystic Fibrosis) , de fibrose pulmonaire idiopathique (IPF idiopathie pulmonary fibrosis), delymphangioléiomyomatose (LAM) ou d'hypertension pulmonaire. Cependant, les besoins en greffe dépassent largement le nombre de transplantations pratiquées en France. Les causes de ce déséquilibre incluent un trop faible nombre de donneurs potentiels en raison de critères actuels pour l'acceptation du greffon qui sont restreints car les biomarqueurs biologiques de qualité et de viabilité du greffon n'ont pas été décrits à ce jour. L'une des possibilités d'augmenter le nombre de donneurs, est de mettre en évidence des biomarqueurs de la qualité du greffon et d'étendre les critères d'acceptabilité du greffon en permettant les prélèvements à partir de donneurs à coeur arrêté est une possibilité. Les prélèvements pulmonaires après arrêt cardiaque sont effectués, en clinique expérimentale chez l'homme, en Espagne depuis trois ans. Il existe dans ce pays une législation très favorable et surtout une conscience collective qui rend le don d'organes extrêmement facilité. Il est donc essentiel d'optimiser l' utilisation de cette ressource. Pour cela, la mise en place de critères de validation de la qualité du greffon est une donnée clé pour palier à ce manque de transplantation pulmonaire. Les critères d'acceptabilité d'un greffon pulmonaires sont basés sur des données cliniques n'existant pas de biomarqueurs biologiques de qualité et de viabilité du greffon. Nous proposons ici l'utilisation de la métabolomique par spectroscopie en Résonance Magnétique Nucléaire à haute résolution par rotation à angle magique (RMN HRMAS) pour mettre en évidence des biomarqueurs de la qualité du greffon. La métabolomique par la spectroscopie RMN HRMAS, est une technique d'analyse rapide (20 minutes) et originale, caractérisée par l'analyse directe d'un tissu biologique intact sans nécessité d'extraction. Cette technique étudie les profils métaboliques dans le but de mettre en évidence des biomarqueurs métaboliques. La métabolomique a été largement utilisée dans des études en cancérologie pour la détermination de la malignité d'un tissu (Bertini 1. et coll. , Canser Res. 2012/ Griffin JL et coll ., Nat Rev Cancer, 2004/ Li M. et coll. , PLoSOne, 2011/ O'connell TM. Bioanalysis. 2012/ Ma Y. et coll. Mol Biol Rep. 2012). Cependant, très peu de publications dans la littérature s'intéressent au domaine de la transplantation et à la qualité du greffon (Rocha C. et coll. , Journal of Proteome Research, 2011/ RobertR. et coll. J Critical Ca re 2010/ Stenlund H. et coll., Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2009/ Du a rte F.L. et coll. , Anal.Chem.2005). Ce projet de thèse avait pour objectifs de :1. Etudier la faisabilité d'utiliser la métabolomique par la spectroscopie RMN HRMAS pour évaluer la qualité du greffon pulmonaire.2. Mettre en évidence de potentiels biomarqueurs de la qualité du greffon pulmonaire.3. Evaluer une éventuelle introduction de cette technique en pratique courante dans un environnement hospitalier. Pour répondre à ces objectifs, il a été entrepris :• Etudier les métabolomes pulmonaires de différentes espèces animales, puis de les comparer au métabolome du poumonhumain afin d'identifier le modèle expérimental le plus adapté à la transplantation pulmonaire.• Evaluer la qualité du greffon chez un modèle animal (porc Large White) pour la transplantation pulmonaire (modèle expérimental de préservation pulmonaire en in situ chez le donneur à coeur arrêté, modèle de perfusion pulmonaire en ex vivo sur machine ocs™).• Evaluer l'effet de la perfusion de deux solutions de conservation sur la qualité du greffon pulmonaire chez le porc. / Lung transplantation is a therapeutic alternative in many severe pulmonary diseases, especially in patients suffering from CF (CysticFibrosis), idiopathie pulmonary fibrosis (IPF), lymphangioleiomyomatosis (LAM) or pulmonary hypertension . However, the need fortransplantation far outweighs the number of transplants performed in France. The causes of this imbalance include an insufficient number of potential donors because of the current criteria for the acceptance of the graft that are restricted as biomarkers of quality and viability of the graft have not been described so far.One of the possibilities to increase the donor pool is to identify biomarkers of the quality of the graft and expand the criteria foracceptability of the graft allowing withdrawals from non-heart-beating donors. The lung taking were performed after cardiac arrest inclinical trials carried out on humans for three years in Spain.lt is therefore essential to optimize the use of this resource. For this, the establishment of criteria for validating the quality of the graft isgiven a key to solve this problem of lung transplantation. The criteria for acceptability of a lung transplant are based on clinical data inabsence of biomarkers of quality and viability for the lung graft.We propose the use of the metabolomics by high-resolution magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy (HRMASNMR) to highlight potential biomarkers for the quality of the graft.The Metabolomics by NMR HRMAS spectroscopy is an original analytical technique characterized by a rapid analysis (20 minutes)performed on intact biopsy samples without extraction prior to analysis. This technique studies the metabolic profiles in arder to identifymetabolic biomarkers. Metabolomics has been widely used in studies in oncology for the determination of malignancy of a tissue (Bertini et al. , Canser Res. 2012/ Griffin JL et al., Nat Rev Cancer, 2004/ Li M. et al. , PLoS One, 2011/ O'connel! TM. Bioanalysis. 2012/ Ma Y. et al. Mol Biol Rep. 2012). However, very few papers in the literature combine the use of the metabolomics NMR HRMAS and the assessment of the quality of the graft (Rocha C. et al. , Journal of Proteome Research, 2011/ Robert R. et al. J Critical Care 2010/ Stenlund H. et al, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2009/ Duarte F.L. et al. , Anal. Chem. 2005).The purposes of this research work were:1. Studying the feasibility of using the metabolomics by NMR HRMAS for the assessment of the quality of the lung graft2. Assess the metabolome of the lung in degradation conditions and highlight potential biomarkers of the quality of the graft3. Assess the possible use of the metabolomics by NMR HRMAS as a tool in clinical practice within a hospital environment.To answer to these purposes we made experimental experiences as follows:- Studying the lung metabolome of various animal species, and compare them to the human metabolome to identify the most suitableexperimental model for lung transplantation.- Assessing the quality of the graft in an animal model (pig Large White) for lung transplantation (experimental model of lung preservation in situ in the case of non-heart-beating donor, lung model for an ex vivo perfusion using OCS ™ Machine)- Evaluating the effect of perfusion with two preservation solutions on the quality of lung graft in pig model.

La hernie est une maladie racinaire affectant les Brassica, causée par Plasmodiophora brassicae. Le déploiement de variétés présentant des facteurs génétiques de résistances est le moyen de lutte principal contre cette maladie. Toutefois, l’efficacité de ces variétés résistantes dans les nouveaux systèmes d’agriculture durable, à bas intrant azoté, est encore à évaluer. Dans ce contexte, les questions de recherche posées dans cette thèse sont les suivantes : i) La modulation de la résistance à la hernie par la réduction de l’apport azoté est-elle génotype/isolat dépendante ? ii) Y-a-t-il un effet de la réduction des apports azotés sur l’architecture génétique de la résistance à la hernie chez le colza ? iii) Quels sont les réponses transcriptomiques et métabolomiques impliquées dans la réduction du développement des symptômes en condition de carence azotée ? Le criblage de la réponse de nombreux génotypes de colza vis-à-vis de plusieurs isolats de P. brassicae a été réalisé dans deux conditions de fertilisation azotée (8 mM et 1 mM de nitrate). Basé sur ces expériences, le contrôle génétique du développement des symptômes et de la production des spores de repos lors de l’infection par deux isolats (eH et K92-16) a été étudié par génétique de liaison chez une population biparentale et par génétique d’association chez un panel de colza d’hiver. Enfin, les réponses moléculaires impliquées dans la réduction du développement des symptômes observée chez le génotype ‘Yudal’ en condition 1mM ont été étudiées par des méthodes de RNA-seq et de métabolomique. L’impact de la fertilisation azotée sur la quantité de symptômes et la production de spores de repos est variable selon la combinaison génotype/isolat. Les modulations observées entraînent une augmentation de la résistance en condition 1mM. La fertilisation azotée module également l’effet (R2) de certains des Quantitative Trait Loci (QTL) impliqués dans la résistance. Dans le cas de l’isolat eH, elle affecte principalement l’effet des QTL C09 et C02. L’augmentation de résistance observée chez le génotype ‘Yudal’ en condition 1mM, vis-à-vis de l’isolat eH, semble liée à la surexpression de gènes impliqués dans l’assimilation des nitrates (famille NRT2) et dans le transport de l’auxine. / Clubroot is a Brassica root disease caused by Plasmodiophora brassicae. The use of varieties including genetic resistance factors is the most efficient strategy to manage clubroot disease. However, efficiency of these resistant varieties newly integrated in low-input agricultural systems (especially low nitrogen input) needs to be evaluated. In this context, the research questions investigated in this thesis are: i) Is clubroot resistance modulation by nitrogen fertilization genotype/isolate dependent? ii) Is there an effect of nitrogen fertilization reduction on the genetic architecture of clubroot resistance in rapeseed? iii) What are the transcriptomic and metabolomic responses implicated in symptom reduction under low nitrogen fertilization? To answer these questions, clubroot responses of several rapeseed genotypes were screened using different P. brassicae isolates under two nitrogen fertilizations (8mM and 1mM of nitrate). Based on this experiment, genetic control of symptom development and resting spore production during inoculation using two isolates (eH and K92-16) was studied by linkage analyses using a bi-parental population and by genome wide association using a winter rapeseed diversity set. Last, molecular responses implicated in symptom development, observed in ‘Yudal’ genotype under 1mM condition, were studied using RNA-seq and metabolomic methods. We revealed that impact of nitrogen fertilization on symptom quantity and resting spore production are dependent to genotype/isolate combination. Modulations observed were characterized by an increase of resistance under 1mM condition. Additionally, nitrogen fertilization modulates also the effect (R²) of some Quantitative Trait Loci implicated in clubroot resistance (QTL). Using eH isolate, nitrogen fertilization principally impacts C09 QTL and C02 QTL effects. Ultimately, increase of resistance observed on ‘Yudal’ genotype under 1mM condition, using eH isolate, seems to be related with overexpression of genes implicated in nitrate assimilation (NRT2 family) and auxin transport.

La perception du gras chez l’homme est un phénomène complexe du fait de sa nature multi-sensorielle impliquant la perception de la texture, la perception aromatique mais également la perception gustative. Cette dernière a été suggérée après l’identification de récepteurs aux acides gras au niveau des bourgeons gustatifs. Par ailleurs, des études récentes ont montré que la sensibilité au gras est variable entre individus. Des facteurs génétiques ou environnementaux pourraient expliquer en partie cette variation interindividuelle. Cependant, la salive pourrait aussi jouer un rôle dans cette perception. En effet, elle contient des molécules capables d’interagir avec le gras comme la lipase et les lipocalines. C’est aussi un fluide complexe qui contient une large diversité de protéines et de métabolites. De plus, sa régulation est complexe et peut varier à la suite d’une stimulation. En effet, des études récentes ont montré que le protéome salivaire est modifié à la suite d’une stimulation par des molécules correspondant aux saveurs primaires. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail était de déterminer dans un premier temps s’il existe des liens entre la composition salivaire et la sensibilité gustative à un acide gras libre: l’acide oléique. Le deuxième objectif était d’étudier les modifications de la composition salivaire à la suite d’une stimulation gustative par l’acide oléique. Pour ceci deux approches ont été utilisées: des approches ciblées (activité enzymatique, capacité antioxydante etc) et des approches non-ciblées (protéomique et métabolomique). Deux groupes de treize sujets (hyper et hyposensible au goût de l’acide oléique) ont été sélectionnés à partir d’un panel de 73 participants. Leur salive a été collectée au repos et après stimulation par l’acide oléique. Les résultats montrent que la composition de la salive au repos est liée à la sensibilité à l’acide oléique. En effet, des marqueurs liés à la perception du goût ont été identifiés au sein du groupe des hypersensibles (anhydrase carbonique, cystatines et zinc alpha 2 glycoprotéine), alors que des marqueurs pouvant indiquer une activité bactérienne élevée (acides organiques) ont été identifiés au sein du groupe des hyposensibles. Par ailleurs, la composition de la salive collectée après stimulation par l’acide oléique est également modifiée et ces modifications sont différentes pour les sujets hyper et hyposensibles à cette stimulation. / Human fat perception has recently triggered particular interest as it was shown that it does not only involve aroma and texture perception but also taste perception. The latter was supported by the presence of free fatty acids (FFA) taste receptors on the tongue. Recent studies have shown that fat taste sensitivity is variable among individuals. This inter-individual variation could be linked to genetic or environmental factors. However, saliva could also play a role in this perception. The role of saliva in taste perception is increasingly recognized. Saliva contains molecules able of interacting with fat such as lipase and lipocalin. It is also a complex fluid which contains a large diversity of proteins and metabolites. Its regulation is also complex and its composition may vary after a sensory stimulation. Indeed, studies have shown that when giving primary taste stimulations, the whole salivary proteome is modified. Thus, the first aim of the present work was to use both targeted (enzymatic activity, antioxidant capacity etc) and untargeted approaches (proteomics and metabolomics) to identify links between taste sensitivity to a fatty acid, oleic acid, and the salivary composition. The second aim was to investigate whether the salivary composition is modified after an oral stimulation by oleic acid.Two groups of thirteen male subjects (highly and weakly sensitive to the taste of oleic acid) were selected from an initial panel of 73 healthy participants. Their whole saliva was collected in two ways; the first without stimulation in order to study the links between oral sensitivity to oleic acid and saliva composition and the second using a stimulation by the same fatty acid in order to study potential modifications of saliva composition depending on sensitivity. Results show that salivary composition is linked to oral fatty acid perception. Markers previously reported as associated to taste perception were determined in the highly sensitive group (carbonic anhydrase, Zinc Alpha 2 glycoprotein and cystatins) while markers (organic acids) indicating a higher bacterial load were identified in weakly sensitive group. Furthermore, results obtained after stimulation by oleic acid suggest that saliva composition is modified, which confirms its dynamic nature. As different modifications were observed for the highly and weakly sensitive group, our results suggest that saliva is not only modified after a stimulation but also depending on the sensitivity to that particular stimulation.