La spectroscopie RMN est un moyen unique d’évaluer l’environnement cellulaire in vivo. En effet, les molécules observées sont exclusivement intracellulaires, et ont en général un rôle biochimique ainsi qu’une compartimentation cellulaire spécifique. C’est donc un outil potentiellement utile pour comprendre le fonctionnement des cellules dans leur environnement. Mon travail de thèse consistait à développer de nouvelles séquences en spectroscopie de diffusion et en spectroscopie du phosphore 31.Mon premier travail a été de développer une séquence de spectroscopie de diffusion à temps de diffusion ultra-court pour observer la diffusion anormale dans le cerveau de rat. L’évolution de l’ADC en fonction du temps de diffusion montre que le transport des métabolites dans le cerveau se fait essentiellement par diffusion aléatoire et que la contribution des transports actifs (s’ils existent) est négligeable. La modélisation de ces données a mis en évidence que la spectroscopie de diffusion à court temps de diffusion était sensible à la viscosité du cytoplasme et à l’encombrement à courte échelle. Cette technique a donc été choisie lors d’une collaboration avec la firme Eli Lilly pour le suivi de souris transgéniques (rTg4510), modèle de taupathie. Les résultats préliminaires font apparaitre des différences significatives d’ADC à un stade précoce de la neurodégénérescence (3 et 6 mois). La spectroscopie RMN du phosphore 31 permet d’observer des métabolites directement impliqués dans le processus énergétique. Au cours de cette thèse, des séquences de localisation ont été développées pour pouvoir mesurer le pH intracellulaire dans le striatum de macaque. A terme, ces séquences seront utilisées pour évaluer l’utilité potentielle du pH comme biomarqueur de la neurodégénérescence dans un modèle phénotypique de la maladie de Huntington chez le macaque. / NMR spectroscopy is a unique modality to evaluate intracellular environment in vivo. Indeed observed molecules are specifically intracellular and generally have a biochemistry role and a specific cellular compartmentation. That could be a useful tool to understand cell functioning in their environment. My thesis work consisted in development of new sequence in both diffusion and phosphorus NMR spectroscopy.My first study was to develop a diffusion-weighted spectroscopy at ultra-short diffusion time to look at the anomalous diffusion in the rat brain. ADC evolution as a function of time shows that brain metabolites motion is mainly due to random diffusion and that active transport (if exist) are negligible. Data modeling evidences that diffusion at short diffusion time is sensitive to cytoplasm viscosity and short scale crowding. In collaboration with the pharmaceutical company, this technique was chosen to follow up transgenic mice (rTg4510), model of tau pathology. Preliminary results show significant differences of ADC at an early stage of neurodegenerescence (3 and 6 months).Phosphorus spectroscopy allows observation of metabolites directly implicated in energetic processes. During this thesis, localization sequences were developed to measure intracellular pH in the primate striatum. These sequences are supposed to be used to evaluate the potential of pH as a biomarker of neurodegenerescence in a phenotypic model of the Huntington disease in the non-human primate.

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Various compounds were studied with solid-state 119Sn and 31P NMR spectroscopy and quantum chemical calculations. Connections were made between the shielding tensors and the geometric and electronic structures of the molecules. First, the 119Sn chemical shielding anisotropy of various para substituted tetraaryl tin compounds was shown to be dependent on the tilt angle of the phenyl rings. Tetrakis(o-tolyl) tin did not have the shielding anisotropy predicted by the tilt angle of the rings. It was suggested that ortho substitution distorts the structures of the phenyl rings causing the discrepancy. Analysis of the solid-state 31P NMR spectra of triphenylphosphorane ylides, Ph3P=CHC(O)R, determined that increasing the electron-donating effects of the R group decreased the δ33 component. Theoretical calculations showed that the component lay along the ylidic bond and was dependent on the difference in phosphorus-carbon bond lengths between the phenyl and ylidic bonds. Another study concerned the solid-state 31P NMR of the series of triphenylphosphine derivatives, PPh3-x(o-tolyl)x where x = 0 to 3. The addition of ortho methyl groups changed the position of the δ11 component which could be the result of the change in energy gap between the lone pair (HOMO) and σ* anti-bonding (LUMO). The solid-state 31P NMR spectra of deuterated piperazinium phosphonate and phosphonic acid were influenced by the shielding, dipolar and spin-spin interactions, as well as, second order quadrupolar effects. The spectrum of deuterated piperazinium phosphonate had a chemical shielding anisotropy of 130 ppm, an effective dipolar coupling of 2500 kHz and a one-bond phosphorus-deuterium J coupling of 90 Hz. The phosphorus-deuterium bond length was predicted to be 1.44(2) Å. A deuterium quadrupolar coupling constant of 104 kHz was obtained from the CP/MAS 2H spectrum. The non-axial symmetry of phosphonic acid complicated the analysis of the 31P spectrum. Phosphorus-deuterium bond lengths of 1.44(5) Å and 1.40(4) Å were obtained for the two inequivalent sites in the unit cell.

La drépanocytose est la maladie génétique la plus répandue au monde. Elle est caractérisée par la synthèse d’une hémoglobine anormale S (HbS) et associée à une altération des processus de distribution d’oxygène. Bien que ces anomalies puissent impacter le muscle strié squelettique, ce tissu n’a que très rarement été étudié. L’objectif de ce travail de thèse était de décrire les réponses fonctionnelles et énergétiques du muscle à l’exercice aigu, à l’ischémie – reperfusion et à l’entraînement en endurance dans un modèle de souris drépanocytaires, et d’identifier les mécanismes responsables des échanges de protons entre le muscle et le sang.Des souris drépanocytaires sédentaires et entraînées ont été soumises à des protocoles standardisés de repos – stimulation – récupération et repos – ischémie – reperfusion pendant lesquels la force et le métabolisme énergétique (par spectroscopie de résonance magnétique du phosphore 31) étaient mesurés. Des souris hétérozygotes pour le transporteur de monocarboxylate 1 (MCT1) ont également été soumises au protocole de stimulation. Des analyses in vitro du métabolisme énergétique et des mécanismes de régulation du pH ont également été réalisées.Ce travail a permis de démontrer que les réponses fonctionnelles et énergétiques à l’exercice musculaire et l’ischémie - reperfusion étaient affectées par la présence d’HbS et que l’entraînement en endurance permettait d’améliorer une partie de ces anomalies. Nous avons également observé que MCT1 était responsable de l’entrée des protons dans la cellule au repos, mais peu actif pendant l’exercice. / Sickle cell disease (SCD) is the most frequent inherited disorder in the world. It is characterized by the synthesis of an abnormal hemoglobin S (HbS) and associated with impairments in oxygen delivery processes. If these abnormalities could impact skeletal muscle, this tissue has been rarely investigated. The aim of this thesis was to investigate muscular function and energetics in response to acute exercise, ischemia – reperfusion and endurance training in a mouse model of SCD, as well as identify the mechanisms involved in proton exchanges between muscle and blood.Sedentary and trained SCD mice were submitted to protocols of rest – stimulation – recovery and rest – ischemia – reperfusion during which muscular force and energetics (by magnetic resonance spectroscopy of phosphorus 31) were measured. Monocarboxylate transporter 1 (MCT1) haploinsufficient mice were also submitted to the stimulation protocol. Several muscles were sampled and permitted to analyze in vitro enzyme activities, content of proteins involved in pH regulation and some markers of oxidative stress.This thesis demonstrated that muscular function and energetics were impaired in SCD mice in response to both exercise and ischemia – reperfusion and that endurance training could alleviate some of these abnormalities, particularly acting on oxidative processes. We have also observed that MCT1 is involved in proton uptake by myocytes at rest, but its action is less important during exercise.