A température ambiante, la plupart des monocouches constituées de molécules formées de chaînes alcanes présentent des phases caractérisées par la rotation des chaînes autour de leur axe moléculaire. Afin d'obtenir un ordre cristallin, il est impératif de réduire l'énergie du système. De nouvelles sous-phases liquides utilisant des agents cryoprotectifs permettent d'accéder à des températures plus faibles que la température de glace de l'eau. Les monocouches de surfactants tels que les acides gras ou les phospholipides ont été préparées à volume et pression surfacique constants. L'étude de la stabilité des films par refroidissement a été effectuée par des isothermes de Langmuir et GIXOS et celle de l'ordre dans le plan par GIXD. Les molécules adoptent des phases cristallines qui sont induites par un processus d'autoassemblage d'origine exclusivement entropique et dont la densité de compactage est similaire à celle d'un monocristal à trois dimensions. La technique d'XPCS a enfin été employée pour relier la dynamique de surface du système étudié à la formation des phases cristallines.

Les maladies ostéoarticulaires représentent environ 10% de l'ensemble des pathologiessurvenant en France chaque année. Les difficultés pour identifier les causes de ces maladiesproviennent pour une part d'un manque de compréhension du mécanisme de lubrificationd'une articulation synoviale saine. Dans ce contexte, un premier objectif de ce travail a été d'analyser la structurediscontinue du liquide synovial à partir de prélèvements animaux sains et de la reproduire àpartir de composants biomoléculaires commerciaux afin de comprendre le mécanisme delubrification dans le cas sain. Le deuxième objectif de cette thèse a été d'analyser l'évolution de la structure et despropriétés lubrifiantes du liquide synovial dans le stade précoce de pathologies noninflammatoiresou inflammatoires à partir de prélèvements pathologiques humains. Afind'étudier plus finement l'évolution de la lubrification pathologique cette thèse a visé àdévelopper aussi des modèles de lubrifiants obtenus à partir de cultures cellulaires desynoviocytes humains en combinant l'action de facteurs inflammatoire (cytokines).L'ensemble des résultats montre l'importance de la structure supramoléculaire duliquide synovial dans l'obtention de bonnes propriétés lubrifiantes ; cette relation devraitconstituer d'une part un paramètre clé dans le diagnostic précoce des pathologies articulaireset d'autre part une voie de développement de liquides thérapeutiques à base de lubrifiantsnanostructurés

La biodisponibilité des nutriments lipidiques dépend d'un processus physico-chimique et enzymatique complexe : digestion par les lipases dans l'estomac puis l'intestin, absorption par les entérocytes et transport vers les cellules utilisatrices. L'altération physiologique (nouveau-né, personne âgée) ou pathologique (mucoviscidose, pancréatite) de ce processus réduit la biodisponibilité des acides gras essentiels, indispensables au développement et au fonctionnement des cellules de l'organisme. Ce mémoire présente des stratégies permettant d'améliorer la biodisponibilité des nutriments lipidiques chez l'insuffisant pancréatique, en utilisant les propriétés physico-chimiques des lipides. En effet, elles déterminent des caractéristiques primordiales de l'interface lipidique (superficie, composition), au niveau de laquelle se déroule l'hydrolyse enzymatique. Nos travaux montrent, in vitro dans des conditions proche de la physiologie, que le type de phospholipide entrant dans la composition d'une émulsion de trioléine, ou l'ajout d'un type donné d'acide gras libre dans le mélange lipidique avant l'émulsification, modifie la taille et le potentiel zêta des globules lipidiques, influence l'action des lipases gastrique, pancréatique et stimulée par les sels biliaires, et module l'absorption des acides gras par des cellules Caco-2. Un effet majeur est obtenu avec le lysophosphatidylinositol, rendant ce lipide potentiellement utilisable en nutrition clinique. Il présente un comportement interfacial étonnant (aire moléculaire, compressibilité) et son mécanisme d'action associe des effets indirects (modifications de l'interface lipidique) et directs (interactions avec les lipases).

Les vésicules géantes unilamellaires (GUV) permettent d'étudier efficacement les interactions entre les lipides et les peptides. Dans ce manuscrit, il a été montré que les interactions attractives lipides-peptides sont supprimées par l'attachement de polypeptides de type élastine (ELP) sur des peptides riches en arginine et peuvent être modulées par l'auto-assemblage en micelles ainsi que par le nombre de groupements arginine dans la séquence des peptides capables de pénétrer les cellules. De plus, une nouvelle méthode pour former des GUV à partir de systèmes complexes en seulement quelques minutes a été développée. Cette méthode est basée sur le gonflement d'un film de PVA sous une bicouche lipidique. Elle supprime la dégradation des molécules pendant la formation des GUV de lipides synthétiques, tels que des glycolipides et des phospholipides portant des groupements amides, où les méthodes traditionnelles ne réussissent pas à produire des vésicules non endommagées.

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La maladie d’Alzheimer (MA) est un problème majeur de santé publique. Elle se traduit par des atteintes de la mémoire reposant sur des dysfonctionnements synaptiques induits par les oligomères de peptide ß-amyloïde (Aß). Ceux-ci activent la phospholipase A2 cytosolique (cPLA2) qui libère l’acide arachidonique (ARA) des phospholipides (PL) membranaires neuronaux. L’acyl-CoA synthétase 4 (ACSL4) peut limiter cette libération en favorisant la réincorporation d’ARA dans les PL. Dans l’alimentation occidentale, il constitue une part croissante des apports lipidiques. Contrairement à l’acide docosahexaénoïque (DHA), l’influence de l’ARA dans la MA a été peu étudiée. C’est pourquoi nous avons étudié la mobilisation de l’ARA et son effet sur la sensibilité au peptide Aß. Nous avons montré dans un premier temps qu’un apport alimentaire en ARA affecte la mémoire à court terme et sensibilise les capacités d’apprentissage au peptide Aß. Ces altérations sont associées à des diminutions d’expression des récepteurs AMPA et de l’ACSL4, une prolifération astrocytaire et une incorporation accrue en ARA dans les espèces de PL phosphatidylsérine et phosphatidyléthanolamine (PE). D’autre part, la différenciation des cellules HT22 nous a permis de montrer que l’ACSL4 intervient dans l’incorporation de l’ARA et dans l’équilibre ARA/DHA, notamment dans les espèces PE. Cela indique qu’un excès en ARA dans l’alimentation peut constituer un facteur d’aggravation de la MA et que les enzymes assurant sa mobilisation, comme la cPLA2 et l’ACSL4, peuvent moduler ce risque. La caractérisation de leurs niveaux d’expression pourrait permettre de définir des groupes d’individus à risque vis-à-vis de la MA / Alzheimer’s disease (AD) is a major public health problem. This disease is characterized by memory impairments which are caused by synaptic dysfunctions induced by the oligomers of amyloid-ß peptide (Aß). These activate the cytosolic phospholipase A2 (cPLA2) which releases arachidonic acid (ARA) from neuronal membrane phospholipids (PL) whereas acyl-CoA synthetase 4 (ACSL4) potentially counteracts this release by favoring ARA reincorporation into PL. Western diets contain growing amount of ARA. Contrary to docosahexaenoic acid (DHA), a few studies were devoted to the influence of ARA in AD. This is why we decided to study the mobilization of ARA and its effects on the sensitivity to Aß oligomers. First we showed that dietary ARA reduces short-term memory abilities and increases the deleterious effects of Aß on learning abilities. These alterations of cognitive abilities are associated to reductions of expression levels of AMPA receptors and ACSL4, an astrocyte proliferation, and greater incorporation of ARA in PL species phosphatidylethanolamine (PE) and phosphatidylserine. Secondly, we used differentiated HT22 to show that ACSL4 modulate ARA incorporation and ARA / DHA balance in the PE species. These results indicate that excessive dietary intake of ARA may be a worsening factor in AD and the enzymes regulating ARA mobilization, such as cPLA2 and ACSL4, can modulate this risk. The characterization of their enzymatic activities could allow the identification of groups of individuals at AD risk.

Les acides gras saturés (AGS) altèrent la fonctionnalité des organites dans de nombreux types cellulaires. Il a été proposé que ce processus, également nommé lipointoxication, puisse être responsable de plusieurs pathologies humaines telles que le diabète de Type 2.Au niveau cellulaire, l'accumulation d'AGS est associée à une augmentation du taux de saturation des phospholipides (PL) membranaires, les composants majoritaires des membranes des organites, mais également du taux de céramides, impliqués dans l'induction de l'apoptose.Dans une première partie de ce travail, nous avons étudié, chez le modèle cellulaire simple Saccharomyces cerevisiae, la contribution relative des PL saturés et des céramides à la cytotoxicité des AGS. Nous avons pu démontrer que les céramides agissaient à des étapes précoces de la voie de sécrétion, alors que les PL saturés impactaient des étapes plus tardives en altérant en particulier la formation de vésicules de sécrétion.Parallèlement, nous avons également constaté que le taux d'AGS était significativement augmenté dans les PL membranaires des patients atteints d'une maladie génétique, la mucoviscidose. La mutation la plus fréquente responsable de cette maladie, résulte en la rétention de la protéine correspondante dans le réticulum endoplasmique. Des molécules pharmacologiques, capables de corriger le trafic de la protéine à sa destination finale ont été isolées in vitro, mais des limitations importantes ont pu être observées lors des tests cliniques. Nous proposons dans le présent manuscrit que la lipointoxication liée aux AGS pourrait être un écueil important à l'utilisation des correcteurs actuels pour le traitement de la mucoviscidose. / Saturated fatty acids (SFA) have been reported to alter organelle integrity in many cell types. This process, also known as lipotoxicity, has been proposed to be responsible for several human pathologies such as type 2 diabetes.At the cellular level, SFA accumulation is associated with an increase of the saturation rate of membrane phospholipids (PL), the major components of organelle membranes, and an increase of ceramides levels, implicated in apoptosis induction.In the first part of this work, we took advantage of a simple yeast-based model to study the relative contributions of saturated PL and ceramides to SFA cytotoxicity. We demonstrated that ceramides act early in the secretory pathway, while saturated PL impact the later steps, and particularly the formation of secretory vesicles.In parallel, we observed that SFA amounts were significantly increased in the membrane PL of cystic fibrosis (CF) patient cells. The most common mutation responsible for this genetic disease results in the retention of the corresponding protein in the endoplasmic reticulum. Pharmacological agents, which correct the mistrafficking of the protein, have been isolated in vitro, but they did not show significant improvements in clinical trials. We propose in the present manuscript, that SFA-related lipointoxication could be an important bottleneck for the use of these pharmacological agents in clinical trials.

The multidrug transporter LmrP, member of the major facilitator superfamily (MFS), confers L. lactis and recombinant E. coli cells resistance to an array of cytotoxic compounds including antibiotics. LmrP mediates drug extrusion from the plasma membrane by an electrogenic proton/drug exchange reaction, whereby a positively charged substrate may move towards the external medium in exchange for two or more protons moving towards the cytoplasm. Recent studies have suggested that MFS transporters require phosphatidylethanolamine (PE) for function and proper topology. However, the specificity of the PE requirement, as well as the contribution of the electrochemical gradient (the driving force of the substrate transport) to this lipid requirement was not addressed. Here we report a new approach for addressing PE specific requirement for the function and the structure of membranes transporters. We used methyl-PE and dimethyl-PE analogs of PE to show that only replacement of the three hydrogens by methyl moieties leads to changes in the biochemical and biophysical properties of the reconstituted protein. This suggests that LmrP does not depend on the bulk properties of the phospholipids tested but solely on the hydrogen bonding ability of the headgroup. We then show that a single point mutation in LmrP, D68C, is sufficient to recapitulate precisely every biochemical and biophysical effect observed when PE is replaced by phosphatidylcholine (PC) ( including energy transfer between the protein tryptophan residues and the lipid headgroups). We conclude that the negatively charged Asp-68 is likely to participate in the interaction with PE and that such interaction is required for proton gradient sensing, substrate binding, and transport. Because Asp-68 belongs to a highly conserved motif in the Major Facilitator Superfamily (which includes LacY and EmrD), this interaction might be a general feature of these transporters that is involved in proton gradient sensing and lipid dependence.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'étude des membranes biologiques nécessite l'examen des différentes propriétés de ses composantes principales: les lipides et les protéines. Dans ce manuscrit, l'interaction lipide- lipide et lipide-protéine ont été suivies par spectroscopie vibrationnelle (Raman, Infrarouge). Nous sommes intéressés en premier lieu à l'étude de la structure et l'organisation des phospholipides dans leur phase gel et leur phase cristalline liquide en utilisant la spectroscopie moyen infrarouge. En outre, l'effet de la composition du groupement hydrophiles des lipides sur le comportement de la liaison hydrogène des mélanges lipidiques a été sondé en utilisant la spectroscopie lointain infrarouge. Dans la seconde partie, l'interaction de la protéine NADH ubiquinone oxydoréductase et du mutant NuoL (D563N) avec le zinc ont été étudiés par spectroscopie différentielle et les changements conformationnels induits par la liaison du zinc avec les protéines ont été examinés. Enfin, les vibrations métal-ligand des groupements fer-soufre dans le mutant de NuoB (C64A G100C) à différents pH ont été analysées par spectroscopie Raman. / The study of biological membranes involves the examination of the different properties of its main components: as lipids and proteins. In this manuscript, the lipid-lipid interaction and the lipid-protein interaction were monitored by vibrational spectroscopy (Raman and Infrared). We have been interested in the first part in studying the structure and organization of phospholipids in the gel phase and the liquid crystalline phase using mid infrared spectroscopy. In addition, the effect of the head group composition on the hydrogen bonding behaviour of lipid mixtures was probed using far infrared spectroscopy. In the second part, the interaction of the NADH ubiquinone oxidoreductase protein and NuoL mutant (D563N) with zinc was investigated through FTIR difference spectroscopy where the conformational changes upon zinc binding were monitored. Finally, the metal-ligand vibrations of the iron- sulfur clusters in NuoB mutants (C64A G100C) at different pH were analysed using Raman spectroscopy.

Les liposomes, vésicules à base de phospholipides, sont des systèmes colloïdaux utilisés en recherche et dans différents domaines industriels (pharmaceutique, cosmétique, nutrition). Néanmoins, leur développement se heurte au manque de diversité des sources de phospholipides (soja et jaune d’oeuf). Parallèlement, les méthodes industrielles d’extraction des phospholipides sont basées essentiellement sur l’utilisation de solvants organiques. Dans ce contexte, mon sujet de thèse a eu pour but d’étudier l’extraction de PL, par le CO2 supercritique, à partir de différentes sources avec comme objectif final la formulation de ces PL en liposomes. La démarche a consisté à explorer différents sous-produits de l’huilerie (tourteau d’oléagineux) et de la pêche (sous-produit de la coquille Saint Jacques), potentiellement riches en phospholipides, puis à mettre en place différentes techniques analytiques pour discriminer et quantifier les types de lipides. Parallèlement, l’influence de différents paramètres de l’extraction par CO2 supercritique sur la pureté des fractions obtenues est abordée ainsi qu’une première approche de formulation de PL en liposomes et la caractérisation de ces vésicules. / Liposomes, phospholipids vesicles, are colloidal systems used in search and different industrial fields (pharmaceutical, cosmetic, nutrition). Nevertheless their development face lack of phospholipid sources (soya and egg yolk). At the same time, industrial methods to extract phospholipids use organic solvents. In this context, the phospholipid extraction were studied using a green technology from new different sources in order to formulate liposomes. Oil mill and fishery by-products (seed cake and scallop) were studied to know phospholipid quantities. Analytical techniques were established to discriminate and quantify lipid types. Simultaneously, varying the operating conditions of CO2 supercritical extraction allowed obtaining extracts with different purities and contents in phospholipids and a first study of liposome formulation was carried out.