L'ATP synthase ou ATPase de type F, ancrée aux membranes internes des mitochondries, est un complexe macromoléculaire qui utilise le gradient électrochimique généré par l'oxydation de petites molécules (NADH2, FADH2) dans les différents complexes de la chaîne respiratoire pour former l'ATP, vecteur énergétique universel. Le gradient électrochimique ou pmf est transformé en une énergie mécanique qui se traduit par le mouvement du rotor de l'ATP synthase dans un sens horaire vu depuis la membrane. La rotation de la sous-unité déforme successivement les trois sites catalytiques et permet ainsi la synthèse d'ATP. Dans certains cas, comme ceux de l'anoxie ou de l'hypoxie, le gradient électrochimique peut s'effondrer et l'ATP synthase hydrolyse alors l'ATP. Pour éviter cette hydrolyse futile, un petit peptide nommé IF1, régulateur spécifique des ATP synthases mitochondriales, vient s'insérer entre les sous-unités d'une interface catalytique et bloque instantanément le fonctionnement de l'ATPase. Cette inhibition est réversible puisque le peptide se décroche lorsque la membrane interne mitochondriale se réénergise. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à caractériser le mécanisme d'inhibition de l'ATPase de S.cerevisiae par son peptide endogène IF1 en s'appuyant essentiellement sur les quelques données structurales qui ont été publiées sur le peptide et sur le complexe inhibé IF1-F1-ATPase de B.taurus. Constitué de 63 acides aminés chez S.cerevisiae et 84 acides aminés chez B.taurus, IF1 est majoritairement structuré en hélice α. Les études menées par Elena Cabezón ont montré qu'IF1 possédait différentes formes dont la prédominance et l'activité dépendait essentiellement du pH. Chez B.taurus, il existe une forme inhibitrice dimérique prédominante à pH inférieurs à 6,5 et une forme tétramérique dont nous connaissons la structure 3D qui est non inhibitrice et prépondérante à pH supérieurs à 6,5. Chez S.cerevisiae, il existe une forme monomérique inhibitrice prépondérante à pH supérieur à 6,5 et une forme dimérique prédominante à pH inférieurs à 6,5 et dont le caractère inhibiteur ou non n'a pas encore été déterminé. Sur la base de la structure 3D de l'IF1 bovin, nous avons voulu identifier les régions de dimérisation du peptide de levure en utilisant la technique de marquage de spin couplée à de la spectroscopie RPE. En plaçant des marqueurs de spin (MTSL) en partie médiane (E33C) ou en C-terminale (L54C), nous avons pu favoriser l'interface de dimérisation plutôt en partie médiane du peptide. Ce travail est encore au stade embryonnaire et ne nous permet pas, à ce jour, d'identifier la zone exacte de dimérisation. Dans un deuxième volet, nous avons voulu caractériser le mécanisme d'inhibition d'un point de vue dynamique et nous avons pu en préciser les différentes étapes : reconnaissance, verrouillage et stabilisation. Pour cela, nous avons associé la mutagenèse sur le peptide et sur l'enzyme aux cinétiques d'inhibition. Nous avons tout d'abord évalué le rôle de plusieurs résidus situés en Cterminal de la sous-unité β, dans la région de l'interface α/ β qui se referme sur le peptide IF1, dans la reconnaissance moléculaire spécifique d'IF1 par l'ATPase mitochondriale. Nous avons ensuite montré que la partie N-terminale d'IF1 joue un rôle mineur dans la reconnaissance moléculaire mais son enroulement autour de la sous-unité constitue un loquet important dans la stabilisation du complexe inhibé. Enfin, la fermeture de l'interface catalytique sur IF1 crée une zone de contact entre la "bosse" de la sous-unité γ et la partie C-terminale de la sous-unité α qui constitue la dernière clef de blocage du peptide au sein de la F1-ATPase. Ce dernier point de fermeture est le seul qui n'implique aucun résidu du peptide IF1.

Parce qu’ils sont la première cause virale d’infections des voies respiratoires supérieures et inférieures, les rhinovirus humains (RVH) constituent un problème majeur de santé publique. À ce jour, aucun vaccin ni antiviral n’est disponible pour lutter contre ces agents pathogènes. Un crible en doublehybride chez la levure nous a permis d’identifier un nouveau partenaire peptidique de la protéase virale à cystéine 2A (2Apro), l’hexapeptide LVLQTM. Ce dernier agit comme un véritable pseudosubstrat de la 2Apro et inhibe son activité. Ce peptide a été modifié chimiquement à son extrémité C-terminale avec un groupement réactif électrophile fluorométhylcétone pour former une liaison covalente avec le groupement thiol nucléophile du site actif de l'enzyme viral. Des expériences réalisées ex vivo et in vivo ont montré que le peptide LVLQTM modifié était un puissant inhibiteur de la réplication du RVH dans les cellules A549 et chez la souris. La structure 3D déjà connue de la 2Apro du RVH-2 a ensuite permis de modéliser la fixation de LVLQTM dans la poche de liaison du substrat de la protéase et la comparaison des séquences des 2Apro des espèces RVH-A, -B et -C a révélé que les résidus impliqués dans l'interaction avec le peptide LVLQTM sont relativement bien conservés. Si le peptide inhibiteur semblait donc agir contre tous les sérotypes de RVH, son utilisation à des fins thérapeutiques pouvait être étendue à d'autres entérovirus puisqu’il inhibait également la 2Apro de l’entérovirus 71 (EV-71) et par conséquent la réplication virale. De plus, la comparaison de la séquence des protéases 2A de l’EV-71 avec celle du RVH-A2 n’a révélé aucune différence majeure. Par conséquent, cette étude ouvre de nouvelles perspectives dans la mise au point d’un antiviral à large spectre d’action contre tous les entérovirus / Human rhinoviruses (HRV) remain a significant public health problem as they are the major cause of both upper and lower respiratory tract infections. To date no vaccine or antiviral are available against these pathogens. Using a high-throughput yeast two-hybrid screening, we identified a six amino acid “hit” peptide, LVLQTM, which acted as a pseudo-substrate of the viral 2A cysteine protease (2Apro) and inhibited its activity. This peptide was chemically modified at its C-terminus with a reactive electrophilic fluoromethylketone group to form a covalent linkage with the nucleophilic active site thiol of the enzyme. Ex vivo and in vivo experiments showed that thus converted, LVLQTM was a strong inhibitor of HRV replication in both A549 cells and mice. Based on HRV-2 2Apro crystallographic data, a virtual docking model was then set up to predict the inhibitor binding mode into the ligand binding pocket of the enzyme. Sequence comparison between different 2Apro from HRV-A, -B and –C species revealed that the aminoacid residues involved in the interaction with the inhibitor are relatively well conserved. If our peptide inhibitor seemed to be of general use against all HRV serotypes, its use for therapeutic purposes could be extended to other enterovirus-associated diseases since it was also active against Human Enterovirus 71 (EV-71) 2A proteases and EV-71 replication. Moreover, comparison of the sequence of these proteases with the one of HRV-A2 revealed only minor differences in the residues involved in the interaction with LVLQTM. Therefore, this study opens new doors in the development of an antiviral against a wide range of enteroviruses

Le peptide hCAP18/LL-37, une partie de la défense immunitaire innée, a maintenant été reconnu comme multifonctionnelle pour les cellules eucaryotes. Nos études démontrent sa contribution au développement du cancer, montrant qu'il est surexprimé dans la plupart des tumeurs mammaires humaines, active la signalisation la famille de ERBB et augmente le potentiel métastatique des cellules cancéreuses du sein. Notre comparaison des deux lignées du cancer du sein n'a pas révélé de récepteurs communs, mais une structure peptidique identiques mais de chiralité différente est pré requis pour le peptide dans toutes ses activités. Nous émettons l'hypothèse que LL-37 active indirectement des récepteurs transmembranaires en se liant à la membrane cellulaire. Des peptides tronqués dérivés de LL-37 inhibent ses activités et peuvent aider à concevoir une future thérapie anticancéreuse. / The peptide hCAP18/LL-37, part of the innate immune defense, has now been recognized as multifunctional for eukaryotic cells. Our studies demonstrate its contribution to cancer development, showing that it is overexpressed in most human breast tumors, activates ERBB signaling and increases the metastatic potential of breast cancer cells. Our comparison on two breast cancer lines did not reveal any common receptors but identical structural prerequisites for the peptide in all its activities. We hypothesize that LL-37 indirectly activates transmembrane receptors by attaching to the cellular membrane. Truncated derivatives inhibit its activities and may help to design a future anticancer therapy.