Parmi les 57 cytochromes P450 identifiés lors du séquençage complet du génome humain, on en dénombre environ 15 dont on ne connaît pratiquement rien de leurs rôles physiologiques, de leurs substrats, et de leurs structures, d'où le nom de "P450 orphelins". Le CYP2U1 est l'un des cytochromes P450 les plus fortement exprimé au niveau du cerveau et du cervelet mais c'est aussi l'un des plus conservé parmi les différentes espèces du règne animal. Ce travail de thèse a tout d'abord consisté à optimiser les conditions d'expression du CYP2U1 sous une forme active. Un premier système d'expression dans la levure Saccharomyces Cerevisiae a permis une production d'un complexe CYP2U1-P450 réductase catalytiquement actif permettant des études de recherche de substrat. Un second système d'expression dans Escherichia Coli devrait permettre d'obtenir de plus grandes quantités d'enzyme soluble destinée à des études structurales. Dans un second temps, une recherche de substrats a été effectuée à l'aide d'analyse d'incubats par chromatographie liquide couplée à une détection par spectrométrie de masse. A ce jour, un screening dirigé de plus de soixante-dix molécules, substrats de P450s de la famille 2, a permis d'identifier les premiers substrats exogènes du CYP2U1, les analogues de terfénadone et la débrisoquine. D'autre part, une étude par modélisation moléculaire de la structure du CYP2U1 a été effectuée. Cette étude montre que le CYP2U1 diffère de tous les autres P450s par la présence d'un insert très spécifique dans son domaine N-terminal. Des modèles par homologie basés sur les structures cristallographiques des P450s de la famille 2 ont été construits. Ces modèles ont été validés par dynamique moléculaire et ont permis de proposer un mode d'interaction avec la membrane, d'identifier la position des canaux d'accès ainsi que de déterminer la topologie du site actif. Enfin, un docking des premiers substrats exogènes au sein du site actif du CYP2U1 a permis de confirmer la régioselectivité des hydroxylations catalysées par le CYP2U1.

Parmi les 57 cytochromes P450 identifiés lors du séquençage complet du génome humain, on en dénombre environ 15 dont on ne connaît pratiquement rien de leurs rôles physiologiques, de leurs substrats, et de leurs structures, d’où le nom de «P450 orphelins». Le CYP2U1 est l’un des cytochromes P450 les plus fortement exprimé au niveau du cerveau et du cervelet mais c’est aussi l’un des plus conservé parmi les différentes espèces du règne animal. Ce travail de thèse a tout d’abord consisté à optimiser les conditions d’expression du CYP2U1 sous une forme active. Un premier système d’expression dans la levure Saccharomyces Cerevisiae a permis une production d’un complexe CYP2U1-P450 réductase catalytiquement actif permettant des études de recherche de substrat. Un second système d’expression dans Escherichia Coli devrait permettre d’obtenir de plus grandes quantités d’enzyme soluble destinée à des études structurales. Dans un second temps, une recherche de substrats a été effectuée à l’aide d’analyse d’incubats par chromatographie liquide couplée à une détection par spectrométrie de masse. A ce jour, un screening dirigé de plus de soixante-dix molécules, substrats de P450s de la famille 2, a permis d’identifier les premiers substrats exogènes du CYP2U1, les analogues de terfénadone et la débrisoquine. D’autre part, une étude par modélisation moléculaire de la structure du CYP2U1 a été effectuée. Cette étude montre que le CYP2U1 diffère de tous les autres P450s par la présence d’un insert très spécifique dans son domaine N-terminal. Des modèles par homologie basés sur les structures cristallographiques des P450s de la famille 2 ont été construits. Ces modèles ont été validés par dynamique moléculaire et ont permis de proposer un mode d’interaction avec la membrane, d’identifier la position des canaux d’accès ainsi que de déterminer la topologie du site actif. Enfin, un docking des premiers substrats exogènes au sein du site actif du CYP2U1 a permis de confirmer la régioselectivité des hydroxylations catalysées par le CYP2U1. / Among the 57 human cytochrome P450 genes that have been identified; substrates, structure and physiologic role of 15 of them is practically unknown. They are called orphan. One of them, CYP2U1 is one of the most expressed cytochrome P450 in the brain and in the cerebellum but also one of the most conserved isoform in the all animal kingdom. This manuscript first describes the optimization of the heterologous expression of an active form of CYP2U1. Expression in a eukaryotic host, yeast Saccharomyces Cerevisiae first allows the production of a catalytic active CYP2U1-P450 reductase complex needed for substrate screening. Another expression system in a prokaryote host Escherichia Coli will allow higher production rate of a truncated and soluble form of the protein which will permit structural studies. Then a directed substrate screening was performed with the liquid chromatography – mass spectrometry analysis of CYP2U1 incubations. To date, 70 molecules, CYP2 family substrates, were tested that allow the identification of the two first exogenous CYP2U1 substrates: débrisoquine and terfenadone analogs. A structural study was achieved using a homology tridimensional model of the enzyme. We have found that CYP2U1 is longer than the other human CYPs, with an N-terminal 20 amino acids insertion, located after the  helical membrane spanning domain. Structural models were built using six crystallized human CYP2s as templates. Molecular dynamics experiments in membrane suggested a specific interaction with the membrane. The active site topology and the access channels were also determined and a docking of the two first exogenous CYP2U1 substrates was performed in order to confirm the regioselective hydroxylation activities observed in vitro.

Nous avons développé la base HBVdb (http://hbvdb.ibcp.fr) pour permettre aux chercheurs d'étudier les caractéristiques génétiques et la variabilité des séquences du virus de l'hépatite B (VHB), ainsi que la résistance virale aux traitements. HBVdb contient une collection de séquences annotées automatiquement sur la base de génomes de référence annotés manuellement, ce qui assure une nomenclature normalisée pour toutes les entrées de la base. HBVdb est accessible via un site Web dédié avec des outils d'analyses génériques et spécialisés (annotation, génotypage, détection de profils de résistance), et des jeux de données pré-calculés. La polymérase du VHB est la principale cible des traitements anti-VHB. Les analogues de nucléos(t)ides (NA) inhibent l'activité de la transcriptase inverse (RT), mais il existe des mutations de résistance aux NA. Cependant, un autre domaine enzymatique pourrait être une cible potentielle : la RNase H, liée au domaine RT, permettant la dégradation de l'ARN durant la transcription inverse. Pour pallier l'absence d'une structure expérimentale résolue, et grâce à l'analyse de séquences à partir de HBVdb, nous avons construit le modèle par homologie de la RNase H, qui a permis de définir les caractéristiques de cette RNase H de type 1. Enfin pour vérifier des hypothèses émises à partir de ce modèle, et pour le placer dans son contexte, nous avons construit un modèle plus étendu de la polymérase du VHB, qui comprend la les domaines RT et RNase H, et contribue à répondre à la question sur l'existence d'un domaine de connexion les reliant. Nous avons utilisé notre modèle pour analyser les interactions entre le site catalytique de la RT et le ténofovir / We developed HBVdb (http://hbvdb.ibcp.fr) to allow researchers to investigate the geneticcharacteristics and variability of the HBV sequences and viral resistance to treatment. HBVdb contains a collection of computer-annotated sequences based on manually annotated reference genomes. The automatic annotation procedure ensures standardized nomenclature for all HBV entries across the database. HBVdb is accessible through a dedicated website integrating generic and specialized analysis tools (annotation, genotyping, resistance profile detection), and pre- computed datasets. The HBV polymerase is the main target of anti-HBV drugs, nucleos(t)ides analogues (NA), which inhibit the activity of reverse transcriptase (RT), but NA resistance mutations appeared. Nevertheless, another enzymatic domain could be a potential drug target: RNase H domain, linked to RT, and involved in degradation of the RNA during the reverse transcription. To overcome the lack of experimental solved structure, thanks to sequences analysis from HBVdb, we built an homology model of RNase H, which helped to define the features of this type 1 RNase H. Finally, to confirm assumptions from this model and to put it in a more global context, we built an extensive HBV polymerase model, which includes the RT and RNase H domains, and helps to answer the question about the existence of connection domain linking them. We performed analyses on this model, regarding the interactions between the RT catalytic site and the Tenofovir, mapping known resistance mutations and the most variables positions of the HBV polymerase

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