La respiration est un processus fondamental qui doit être optimisé en réponse aux besoins cellulaires et aux conditions environnementales. Il a été démontré que la localisation subcellulaire dynamique du complexe nitrate réductase (NR) chez la bactérie E. coli est un moyen efficace de contrôler le flux d’électrons au cours la respiration nitrate.Pendant ma thèse, deux questions ont été posées : (i) Quels sont les facteurs moléculaires impliqués dans le mécanisme de localisation de la nitrate réductase ? (ii) Comment rendre compte de l’augmentation du flux d’électron dans la chaîne respiratoire lorsque le complexe est localisé aux pôles de la cellule ?Dans un premier temps, j’ai développé un crible génétique visant à identifier le ou les facteurs impliqués dans l’organisation spatiale de la nitrate réductase. En parallèle, j’ai mis en place une approche d’immunoprécipitation visant à identifier des protéines en interaction avec la NR lorsque celle-ci est localisée aux pôles. Cette approche associée à des expériences de microscopie à fluorescence nous ont permis de démontrer le regroupement de la formiate déshydrogénase FdnGHI avec la NR en condition de respiration nitrate expliquant l’importance de l’organisation spatiale de la NR pour l’efficacité de la chaîne respiratoire. Dans cet interactome, nous avons également identifié des acteurs impliqués dans l’homéostasie du NO qui est une molécule toxique dont la production est associée à l’optimisation de la respiration nitrate. Ainsi, le regroupement d’acteurs impliqués dans la chaîne de transfert d’électrons et dans l’homéostasie du NO semble être la clef du maintien de l’équilibre efficacité et toxicité. / Respiration is a fundamental process that must be optimized in response to metabolic demand and environmental changes. It has recently been demonstrated that dynamic subcellular localization of the respiratory complex nitrate reductase in E. coli is an efficient mean to control the electron flux during nitrate respiration, known to be crucial for gut colonization by enterobacteria when inflammation occurs.During my PhD, I focused on two key questions: (i) What are the molecular factors involved in the localization mechanism of nitrate reductase? (ii) How to account for the increase of the electron flux in the respiratory chain when the complex is localized at the cell poles? First, I designed a genetic screen aiming at identifying the underlying factor(s) involved in the spatial organization of nitrate reductase. Concomitantly, I implemented an immunoprecipitation approach to identify protein interacting with nitrate reductase when localized at the poles. Using this approach and fluorescence microscopy, we demonstrated the clustering of formate dehydrogenase FdnGHI and nitrate reductase at the poles under nitrate respiring condition. These data provide a mechanistic explanation on the importance of subcellular organization towards nitrate respiration efficiency. In this specific interactome of nitrate respiring condition, we also identified factors involved in NO homeostasis, a toxic compound resulting from the maximization of nitrate respiration. Hence, the clustering of actors involved in electron transfer and NO homeostasis seems to be the key to maintain the balance between maximizing electron flux and the resulting toxicity.

En fournissant l’énergie nécessaire au métabolisme, la phosphorylation oxydative (OXPHOS) est un processus essentiel pour la plupart des organismes vivants. Pour faire face à diverses conditions métaboliques, l’efficacité des chaines respiratoires de la membrane composant l’OXPHOS doit être optimisée. Il est donc important de déterminer les mécanismes qui permettent de réguler l’efficacité de l’OXPHOS en fonction des besoins métaboliques.La question posée est la suivante : existe-t-il une organisation particulière des acteurs de l’OXPHOS dans la membrane des procaryotes qui puisse réguler l’activité de l’OXPHOS ?J’ai étudié l’organisation spatio-temporelle d‘un complexe respiratoire majeur de l’anaérobiose, la nitrate réductase NarGHI chez E. coli. Après avoir créé les outils pour la visualisation de ce complexe dans la cellule, j’ai montré l’existence d’une microcompartimentation de NarGHI aux pôles de la cellule lors d’une respiration en anaérobiose par microscopie optique à fluorescence. Dans un deuxième temps, j’ai montré le caractère dynamique de cette localisation en fonction des conditions métaboliques. L’anaérobiose et la présence d’un ∆pH suffisant sont des éléments requis pour permettre ce niveau d’organisation. Enfin, j’ai démontré que la microcompartimentation de NarGHI aux pôles des cellules augmente le flux d’électrons et l’efficacité des chaines respiratoires associées à la respiration du nitrate.L’ensemble des travaux réalisés au cours de ma thèse permet une meilleure compréhension du processus de l’OXPHOS chez les procaryotes et donne une nouvelle vision des moyens employés pour optimiser l’OXPHOS en fonction des différentes conditions métaboliques. / By providing the energy for the cellular metabolism, oxidative phosphorylation (OXPHOS) is an essential process for most living organisms. In order to thrive, the efficiency of membrane respiratory chains which constitute the OXPHOS must be optimized. Thus it is important to address mechanisms by which the efficiency of the OXPHOS is regulated in response to varying metabolic needs.The question addressed during this PhD is the following: does it exist a specific organization of the OXPHOS components in prokaryotic membranes and does it contribute to the regulation of the OXPHOS process?I have investigated the spatio-temporal organization of a respiratory complex, the nitrate reductase NarGHI of the E. coli bacterium. After creating the tools needed to visualize submicrometrically this complex in the unique cell, I have shown the existence of a polar microcompartimentation during anaerobic respiration using fluorescence microscopy. I have demonstrated the dynamic subcellular organization of NarGHI in response to metabolic conditions. Anaerobiosis and a sufficient ∆pH are cues required to promote such cellular organization. Finally, I have demonstrated that polar microcompartimentation of the complex increases the electron flux and the efficiency of the associated respiratory chains.Overall, these results provide a novel view on OXPHOS in bacterial cells by demonstrating that spatio-temporal organization of a respiratory complex tunes the overall efficiency of the process in response to environmental cues.