Thèse de doctorat : Physique : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 129-134.

Le développement du parasite Plasmodium falciparum, responsable du paludisme, nécessite la synthèse de phospholipides et plus particulièrement de phosphatidylcholine (PC) et phosphaditylethanolamine (PE) qui représentent environ 85% de la totalité des phospholidipes du parasite. Leur synthèse s'effectue principalement par les voies métaboliques de novo, voies de Kennedy, en trois étapes enzymatiques. Les enzymes CTP: phosphoethanolamine cytidylyltransferase (ECT) et CTP: phosphocholine cytidylyltransferase (CCT) catalysent les étapes limitantes des deux voies de biosynthèse de la PE et de la PC, respectivement. Ces deux enzymes sont essentielles à la survie du parasite murin, P. berghei et représentent ainsi des cibles thérapeutiques potentielles. La PfCCT est constituée de deux domaines cytidylyltranférases (CT) répétés alors que l'enzyme homologue chez l'homme est composée d'un seul domaine. En revanche, pour la ECT, la présence de deux domaines CT est retrouvée chez toutes les espèces mais les analyses de séquences et de structures ont montré que des résidus importants du site catalytique liant le substrat n'étaient pas conservés dans le domaine CT C-terminal de la PfECT. Ce travail a eu pour but de déterminer les propriétés enzymatiques et les caractéristiques cellulaires de la PfECT et de la PfCCT. Les paramètres cinétiques de ces enzymes ont été quantifiés in vitro à l'aide protéines recombinantes ainsi que sur les enzymes endogènes à l'aide d'extraits parasitaires. Grâce à l'utilisation de protéines recombinantes ponctuellement mutées, nous avons montré que seul le domaine CT N-terminal de la PfECT est catalytiquement actif. Chez P. falciparum, la PfECT et la PfCCT sont exprimées tout au long du cycle intra-érythrocytaire du parasite. La PfECT est présente dans la fraction soluble du parasite alors que la PfCCT apparait aussi bien dans la fraction soluble qu'insoluble. Des expériences d'immunofluorescence ont montré que la PfECT est cytosolique. L'ensemble des résultats présentés apportent un éclairage important sur les fonctions et les propriétés de ces deux cibles potentielles et constituent les premières étapes indispensables à l'élaboration d'une approche thérapeutique. / Phospholipids are essential for the growth and development of Plasmodium falciparum malaria parasite. Phosphatidylcholine (PC) and phosphatidylethanolamine (PE) are its major structural phospholipids. This study focused on CTP: phosphoethanolamine cytidylyltransferase (ECT) and CTP: phosphocholine cytidylyltransferase (CCT) that catalyzes the rate-limiting steps of the de novo Kennedy pathways for PE and PC biosynthesis respectively. Both ECT and CCT are essential in the rodent malaria parasite P. berghei and constitute potential chemotherapeutic targets to fight against malaria. PfCCT consists of two very similar cytidylyltransferase (CT) domains whereas the human enzyme consists of only one CT domain. The presence of two CT domains in ECT seems to be widespread in all the organisms. Sequence and structural analysis showed that the C-terminal CT domain of ECT lacks key residues in the substrate binding motif. This study aimed at unravelling the enzymatic properties and cellular characteristics of PfECT and PfCCT enzymes. In addition, these studies addressed the key question if C-terminal CT domain of PfECT is catalytically active. Kinetic parameters of the enzymes were evaluated in vitro on native proteins as well as on recombinant proteins, the latter being produced in bacterial system. Cellular characterisation studies using polyclonal antisera showed that PfECT and PfCCT are expressed throughout the intra-erythrocytic life cycle of the parasite. PfECT is found mainly in soluble form in the parasite while PfCCT is present in soluble as well as insoluble forms in the parasite. Furthermore, immunofluorescence studies for PfECT revealed that it is mainly cytosolic. To assess the contribution of each CT domain to overall PfECT enzyme activity, recombinant PfECT mutants were generated by site-directed mutagenesis. Kinetic studies on these mutants indicated that the N-terminal CT domain was the only active domain of PfECT. Collectively, these results bring new insights into the kinetic and cellular properties of the enzymes and will pave the way in developing a future pharmacological approach.

La lactoferricine bovine (LfcinB) est un peptide généré dans l'estomac lors du clivage pepsique de la lactoferrine bovine, une protéine principalement extraite du lait. La LfcinB est reconnue pour être un peptide antibactérien, antimicrobien, antiviral, et antifongique. L'aspect antibactérien de ce peptide est bien décrit dans la littérature. Le mode d'action de la LfcinB sur les membranes des cellules bactériennes reste cependant inconnu à ce jour. Nos travaux visent donc à étudier l'interaction entre la LfcinB et les membranes en utilisant des monocouches de dipalmitoylphosphatidylglycérol (DPPG) comme membrane modèle. Nous avons choisi d'utiliser un phosphatidylglycérol parce que ce phospholipide fait partie de la composition lipidique des membranes bactériennes. Nous avons étudié l'interaction entre le DPPG et la LfcinB in situ à l'interface air-eau par la technique des films de Langmuir ainsi que par microscopie à angle de Brewster et par spectroscopie infrarouge de réflexion-absorption avec modulation de la polarisation. Des monocouches ont été transférées sur des supports solides par la technique de Langmuir-Blodgett. Ces échantillons ont été caractérisés par spectroscopie infrarouge de réflexion totale atténuée et par microscopie à force atomique. Nos résultats montrent que la LfcinB interagit différemment avec les monocouches de lipides en fonction de la pression de surface. Les calculs d'orientation effectués montrent que la présence du peptide dans les monocouches de complexes n'affecte pas l'orientation des chaînes acyle du lipide. L'orientation du peptide dans la monocouche est cependant différente à haute pression de surface. La microscopie à force atomique nous a permis de visualiser un changement de la morphologie des monocouches lipidiques en présence de LfcinB. À basse pression de surface, les lipides forment de grands domaines circulaires alors qu'à haute pression de surface le film lipidique se divise en deux phases inhomogènes. La microscopie à angle de Brewster nous a permis d'établir la pression de surface limite qui sépare les deux types de comportement de la LfcinB. Pour des pressions de surface inférieure à 20 mN/m, le peptide s'insère dans la monocouche lipidique alors qu'à des pressions de surface supérieures à 20 mN/m, la LfcinB s'adsorbe en dessous de la monocouche pour former un film plus épais. Les spectres obtenus in situ montrent également un changement de la composition des monocouches avant et après 20 mN/m.

Lors du processus de phototransduction visuelle, la recoverine est responsable de la régulation de la phosphorylation de la rhodopsine. Notre objectif est de comprendre ce qui favorise son interaction avec les membranes des photorécepteurs et d'évaluer l'importance du calcium sur cette liaison. La recoverine est injectée sous une monocouche formée de différents phospholipides et son adsorption est mesurée par la variation de pression de surface. Des mesures de spectroscopie infrarouge par modulation de polarisation ont aussi été effectuées pour connaître la conformation qu'adopte la recoverine lors de son adsorption aux monocouches. La recoverine démontre une affinité marquée pour des phospholipides possédant une longue chaîne hydrocarbonée, plusieurs insaturations et une tête polaire de charge nette nulle. Cela met en évidence comment la composition lipidique membranaire est essentielle à l'ancrage de la recoverine dans la membrane. D'autre part, la présence du myristoyl de la recoverine semble être une condition presqu'essentielle à sa liaison aux membranes des photorécepteurs.

Le tissu adipeux est un tissu encore mal compris. Sa fragilité rend sa transplantation délicate. Une solution autologue de rechange demeure en demande. Prometteuse, l'ingénierie du tissu adipeux (TA) en laboratoire permettrait de remédier au manque de tissus mous pour les chirurgies reconstructives et de produire des modèles d'études physiologiques et pharmacologiques. La méthode de génie tissulaire par autoassemblage permet aux cellules de produire et d'accumuler leur propre matrice extracellulaire (MEC) et de former un feuillet tissulaire manipulable sans biomatériaux exogènes. Les tissus adipeux humains reconstruits (hrAT ; de l'anglais human reconstructed adipose tissue) sont donc composés de cellules souches/stromales dérivées du TA qui ont subi une différenciation adipocytaire. L'hypothèse à la base des travaux présentés dans cet ouvrage est que le milieu de culture utilisé contient des quantités subphysiologiques d'acides gras essentiels (AGe) et qu'il est possible de moduler la composition de la membrane phospholipidique et les triglycérides des cellules adipeuses par la modification de l'apport en acide gras du milieu de culture. Les objectifs poursuivis pour valider cette hypothèse étaient (1) d'isoler, caractériser et comparer les lipides et les phospholipides du hrAT avec ceux du TA natif ; (2) de comparer les transcriptomes du modèle de hrAT avec celui du TA natif ; (3) de quantifier les AGe présents dans les milieux de cultures utilisés ; (4) de comparer les profils lipidique et phospholipidique des hrAT dans des milieux pauvres et riches en AGe et (5) de mesurer l'impact de la modulation de l'activité de la delta(∆)-6-désaturase (FADS2) sur le profil lipidique des hrAT. Au total, 2 915 gènes analysés avec la puce BeadChip Illumina HUmanWG-6 étaient différemment exprimés entre les TA natifs et reconstruits. Les données relatives à l'expression ont été analysées à l'aide du logiciel Ingenuity Pathway 8.5 (IPA) pour détecter une association avec des voies de signalisation. Ensuite, le logiciel IPA a permis de relier ces voies avec des fonctions biologiques pertinentes et de prédire leurs modulations. Des fonctions biologiques associées aux voies de signalisation de PPARγ (valeur p = 0,006), comme la différenciation des cellules adipocytaires (p = 2,65 E⁻¹³) et l'hypertrophie (p = 4,61 E⁻¹⁴), étaient semblables à 75 % au TA natif. Inversement, les résultats indiquaient une diminution des fonctions biologiques associées au métabolisme des lipides (p = 2,88 E⁻¹⁴), dont la synthèse des triglycérides (p = 9,44 E⁻⁴ ) et son hydrolyse (2,91 E⁻³ ). Le dosage de 42 acides gras (AG) par chromatographie en phase gazeuse a permis de souligner une différence entre la composition des hrAT et du TA natif, notamment par rapport aux acides gras essentiels (AGe). En effet, bien que la composition en phospholipides fût similaire à 90 %, les hrAT contenaient 3,5 fois moins de triglycérides que le TA natif. Les AGe, comme l'acide linoléique (AL), se retrouvent en faible quantité (1-3 %) dans les milieux de culture utilisés. Pour pallier ce manque, des hrAT ont été produits dans un milieu de culture supplémenté en AL, ce qui a permis de rétablir partiellement le profil altéré du hrAT en formation via la modulation de l'activité de FADS2 (Δ6-désaturase). Les travaux menés dans le présent ouvrage ont permis de mettre en lumière la composition lipidique du hrAT et de moduler son apport en AGe. Ils ont également montré que le hrAT in vitro, à l'image du TA natif, est modulable et s'adapte à son environnement nutritionnel. Ils ouvrent donc la porte à la production de modèles d'études physiologiques ou pharmacologiques qui aideraient à comprendre les mécanismes associés au métabolisme des lipides et à ses déséquilibres dans toutes les phases du développement pharmaceutique. / Fat tissue is still an underestimated tissue. Its fragility makes its transplantation delicate. An autologous alternative remains in demand. The engineering of adipose tissue (AT) is a promising alternative that could resolve the scarcity of soft tissue for reconstructive surgeries and produce a relevant model for physiological and pharmacological studies. Tissue engineering using the self-assembly approach allows the cells to produce and accumulate their own extracellular matrix (ECM) and form a tissue sheet that can be manipulated, without using any exogenous biomaterial. Human reconstructed adipose tissues (hrAT) are therefore a combination of stem and stromal cells isolated from the adipose tissue that have been undergoing adipocyte differentiation. The hypothesis underlying the work presented is that the culture medium used contains sub-physiological quantities of essential fatty acids (EFA) and that it is possible to modulate the composition of the phospholipid membrane and the triglycerides of adipose cells by modifying the fatty acid intake from the culture medium. The objectives pursued to validate this hypothesis were: (1) To isolate, characterize and compare the lipids and phospholipids of hrAT with those of native AT; (2) To compare the transcriptomes of the hrAT model with those of native AT; (3) To quantify the EFA present in the culture media used; (4) To compare the lipid and phospholipid profiles of hrAT in a poor and rich EFA media; (5) To measure the impact of modulation of Fatty Acid Desaturase 2 (FADS2) activity on the lipid profile of hrAT. A total of 2 915 genes analyzed using Illumina BeadChip chip HUmanWG-6 were differentially expressed between native and reconstructed AT. Data for expression were analyzed with the Ingenuity Pathway 8.5 software (IPA) for detecting an association with signaling pathways. Then, the IPA software linked these pathways with the relevant biological functions and predicted their modulations. Biological functions associated with PPARγ signaling pathways (p value = 0.006), as the differentiation of fat cells (p = 2,65E⁻¹³) and hypertrophy (p = 4,61E⁻¹⁴), were 75% similar to native AT. Conversely, the results indicated a reduction of the biological functions associated with lipid metabolism (p = 2,88E⁻¹⁴), the synthesis of triglycerides (p = 9,44E⁻⁴) and hydrolysis (p = 2,91E⁻³). The quantification of 42 fatty acids (FA) by gas chromatography highlighted a difference between the composition of the hrAT and native AT, particularly for essential FA composition. Indeed, although the phospholipid composition was similar at 90%, the hrAT contained 3.5 times fewer triglycerides as native AT. The EFA, such as linoleic acid (LA), were found in small amounts (1-3%) in the culture media used. To fulfill this gap, the hrAT were produced in a culture medium supplemented with AL which partially restored the altered profile of hrAT via modulation of the activity of FADS2. This work describes the lipid composition of the hrAT and shows that LA supplementation can modulate it. Like native AT, the hrAT can adapt to its nutritional environment. It could be used as a model for physiological or pharmacological studies, in order to understand the mechanisms involved in lipid metabolism and its imbalances in pathological states.

Ce mémoire de maîtrise se focalise sur l'influence du cholestérol sur l'interaction de la protéine S100A10 avec les membranes cellulaires, dans le contexte de la macropinocytose. Ce processus, essentiel à la survie cellulaire, permet l'ingestion de liquides extracellulaires et joue un rôle clé dans la régulation de fonctions cellulaires critiques telles que l'immunité, la migration cellulaire et la signalisation. Il est caractérisé par sa capacité à permettre aux cellules de s'adapter rapidement aux changements environnementaux en ingérant des nutriments et en répondant à des stimuli variés. Ce mémoire s'est concentré à décortiquer le rôle spécifique du cholestérol sur la liaison membranaire de la protéine S100A10. L'accent a, dans un premier temps, été mis sur l'optimisation de la surexpression et la purification de cette protéine, par le biais d'approches méthodologiques rigoureuses. Ces efforts ont permis de sonder en profondeur les interactions entre cette protéine et différents constituants des membranes cellulaires. La technique de la tensiométrie de surface a été particulièrement révélatrice, dévoilant l'influence significative de la présence et de la concentration du cholestérol sur la liaison de la S100A10 avec divers phospholipides membranaires. En complément, les isothermes de compression ont permis de dévoiler comment le cholestérol modifie la compressibilité et la stabilité des monocouches lipidiques. Ces données ont mis en évidence l'importance de l'architecture membranaire dans les mécanismes cellulaires impliquant la protéine S100A10. En somme, ce mémoire révèle que la modulation des interactions entre la S100A10 et les phospholipides par le cholestérol est un processus complexe, pouvant avoir des répercussions directes sur la macropinocytose. Les résultats de cette étude apportent une contribution significative à la compréhension des mécanismes régissant le comportement des membranes biologiques. / This master's thesis is centered on the influence of cholesterol on the interaction of the S100A10 protein with cellular membranes, in the context of macropinocytosis. This process, essential for cellular survival, allows the ingestion of extracellular fluids and plays a key role in regulating critical cellular functions such as immunity, cell migration, and signaling. It is characterized by its ability to allow cells to quickly adapt to environmental changes by ingesting nutrients and responding to various stimuli. This master's thesis focused on dissecting the specific role of the cholesterol in the membrane binding of the S100A10 protein. Initially, the priority was placed on optimizing the overexpression and purification of this protein, using rigorous methodological approaches. These efforts enabled an in-depth probing of the interactions between this protein and different constituents of cellular membranes. The technique of surface tensiometry was particularly revealing, uncovering the significant influence of the presence and concentration of cholesterol on the binding of S100A10 to various membrane phospholipids. Additionally, compression isotherms revealed how cholesterol modifies the compressibility and stability of lipid monolayers. These findings highlighted the importance of membrane architecture in cellular mechanisms involving the S100A10 protein. In summary, this thesis reveals that the modulation of interactions between S100A10 and phospholipids by cholesterol is a complex process, which can have direct repercussions on macropinocytosis. The results of this study make a significant contribution to understanding the mechanisms governing the behavior of biological membranes.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Neurosciences : Lille 2 : 2008. / Résumé en français et en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 167-184.

Ce travail étudie l’obtention de phospholipides structurés enrichis en DHA et en acide caprylique (PC DHA-C8) par voie enzymatique. Deux voies de synthèse sont étudiées, l’acidolyse et l’estérification. Suite à un criblage enzymatique, la lipase retenue pour les deux voies de synthèse est TL-IM. Une optimisation des paramètres de la réaction d’acidolyse a été réalisée entre l’acide caprylique (C8:0) et la phosphatidylcholine de tournesol (PC) par le biais d’un plan d’expériences. Les conditions optimales déterminées sont une température de 38°C, une activité de l’eau de 0,7, une quantité d’enzyme de 15% de la masse en substrat ainsi qu’un rapport molaire C8:0/PC de 18. Ces conditions ont ensuite été utilisées pour l’acidolyse de phospholipides microalgaux riches en DHA issus de la microalgue Tisochrysis lutea afin d’obtenir de la PC DHA-C8. Les résultats n’ont pas été concluants. L’autre voie de synthèse étudiée est l’estérification par des lipases de la GPC, de l’acide caprylique et du DHA en milieu fondu. Cette réaction a été optimisée par la technique du pas par pas. Les paramètres étudiés sont la température, la quantité d’enzyme, le rapport molaire GPC/C8:0/DHA et l’application d’un vide. Pour l’obtention de PC DHA-C8, il faut fixer chacun de ces paramètres respectivement de la sorte : 45°C, 20% d’enzyme, un rapport molaire de 1/3/15 et un vide de 100 mbar. La production de PC DHA-C8, bien qu’optimisée ne dépasse pas 2% de rendement. Cependant, durant cette expérience, il a été constaté une forte production de LPC DHA, atteignant 16% sans optimisation des paramètres de synthèse. / The enzymatic synthesis of structured phsopholipids enriched in DHA and caprylic acid (PC DHA-C8) is studied. Two different ways are studied, acidolysis and esterification. An enzymatic screening led to the choice of the immobilized lipase from Thermomyces lanuginosa (TL-IM) for the 2 reactions. Parameters of the acidolysis reaction between carpylic acid (C8:0) and sunflower phosphatidylcholine (PC) were optimized by means of an experimental design. The optimum conditions determined are a temperature of 38°C, an aw of 0.7, an amount of enzyme of 15% of the mass of substrate and a molar ratio of C8:0/PC of 18. These conditions were applied to the acidolysis of microalgal phospholipids from T. lutea, rich in DHA, in order to produce PC DHA-C8. The other studied reaction is the lipase catalyzed esterification of GPC with C8:0 and DHA in a solvent-free medium This reaction has been optimized by studying each factor independently. The parameters studied are the temperature, the amount of lipase, the molar ratio GPC/C8:0/DHA and the use of reduced pressure. In order to obtain PC DHA-C8, each of theses parameters are respectively set at: 45°C, 20% of enzyme, a molar ratio of 1/3/15 and a pressure of 100 mbar. The production of PC DHA-C8, although optimized, does not exceed a yield of 2%. However, during this experiment, a high production of LPC DHA is observed, up to 16% without optimization of the synthesis parameter.

Les phospholipides sont à la base de l’architecture de la membrane plasmique bactérienne. La composition de celle-ci est en permanence contrôlée par les conditions extérieures afin d’adapter sa fluidité et maintenir l’homéostasie. Les différentes étapes de la voie de biosynthèse des phospholipides dans la membrane interne de E. coli sont bien connues. En revanche, on connaît peu l’organisation supramoléculaire et la régulation génétique des enzymes, ce qui correspond aux deux grands axes de recherche développés dans cette thèse.Des études par double hybride bactérien ont mis en évidence un réseau d’interactions protéine-protéine,suggérant l’existence d’un complexe formé par les enzymes de la synthèse des phospholipides dans la membrane. Pour tester cette hypothèse, j’ai voulu étudier ces interactions en conditions natives, en utilisant des techniques comme le FRET, le BRET ou la purification TAP. Pour cela, j’ai développé de nouvelles cassettes permettant la construction systématique de souches de E.coli produisant des protéines étiquetées avec des rapporteurs fluorescents ou des tags d’affinité, en condition d’expression physiologique. Ceci m’a permis d’étudier la localisation et la stoechiométrie des enzymes de synthèse des phospholipides dans la membrane.J’ai également étudié la régulation en réponse au stress du gène plsB, qui code pour la première enzyme de la voie de biosynthèse des phospholipides, et de dgkA, qui code pour une diacylglycerolkinase permettant le recyclage des phospholipides. Ces deux gènes, divergents sur le chromosome,sont régulés de façon antagoniste en réponse à trois types de stress : le facteur de réponse au stress extracytoplasmique σE active plsB et inhibe dgkA; le système à deux composants BasRS active dgkAet inhibe plsB ; la réponse stringente active dgkA et inhibe plsB. Ces résultats montrent que le locusplsB-dgkA est finement régulé par toute une série de régulateurs qui intègrent des signaux de stress multiples afin de contrôler l’activité de la voie de biosynthèse des phospholipides / Phospholipids are the building blocks of the bacterial plasmic membrane. The composition of the membrane is continuously controlled by environment conditions, in order to adapt its fluidity and maintain the homeostasis. The enzymatic steps of the phospholipid synthesis pathway in the intermembrane of E. coli are well known. However, little is known about the supramolecular organizationand the genetic regulation of the enzymes catalyzing these reactions, these questions constituting the two main axes developed in this thesis.Two-hybrid studies have evidenced a network of protein-protein interactions, suggesting the existence of a membrane protein complex formed by phospholipid synthesis enzymes. To test this hypothesis, I wanted to assay these interactions in native conditions, by using techniques such as FRET, BRET or Tandem Affinity Purification. Toward this goal, I have developed novel cassettes permitting tosystematically construct E. coli strains that produce proteins tagged with fluorescent or affinity tags,under physiological expression. This allowed me to study the localization and stoechiometry of phospholipid synthesis enzymes in the membrane. Furthermore, I have studied the regulation in response to stress of the plsB gene that codes for the firstenzyme of the phospholipid synthesis pathway, and of dgkA that codes for a diacylglycerol kinase that recycles phospholipids. These two neighboring and divergent genes are inversely regulated in response to three stress responses: the extracellular stress σE factor activates plsB and inhibits dgkA; the two componentsystem BasRS activates dgkA and inhibits plsB; stringent response activates dgkA andinhibits plsB. These results show that the plsB-dgkA locus is regulated by a series of regulators that integrate multiple stress signals, in order to control the activity of the phospholipids synthesis pathway

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.