Les RAB GTPases sont des régulateurs majeurs du trafic vésiculaire et sont localisées sur des compartiments spécifiques. L'identification des processus moléculaires régulant la localisation des RAB est donc cruciale afin de comprendre les mécanismes de transport intracellulaire. Nous sommes parvenus, pour la première fois, à incorporer des protéines RAB purifiées et prénylées dans des membranes artificielles. Nous avons tout d'abord observé que RAB6 est capable de promouvoir une agrégation de vésicules, phénomène qui n'est pas observé avec RAB1 et RAB5. Nous suggérons un modèle dans lequel RAB6 interagit en trans avec lui-même et par conséquent induit un accolement de membranes. La partie principale de cette étude consistait à identifier les propriétés physicochimiques des membranes requises pour le recrutement des protéines RAB. Nous avons observé que RAB1, RAB5 et RAB6 se lient préférentiellement à des membranes désordonnées et courbées, phénomène qui s'explique par l'insertion du groupement prenyl hydrophobe au niveau de défauts d'agencement de lipides. En revanche, le recrutement de RAB35 requiert la présence de lipides chargés négativement et peut être modulé, dans une moindre mesure, par les défauts d'agencement lipidique. Bien que RAB4 et RAB11 soient recrutées sur des fractions de Golgi purifiées, les charges membranaires et les défauts d'agencement lipidique ne sont pas suffisants pour permettre leur recrutement sur des vésicules synthétiques. Cela suggère que le recrutement de RAB4 et RAB11 nécessite des propriétés membranaires plus complexes. Nos travaux démontrent que les propriétés membranaires sont cruciales pour la localisation spécifique des protéines RAB. / RAB GTPases are major regulators of vesicular trafficking and localize to specific compartments. Deciphering the molecular mechanisms governing RAB localization is thus critical to understand intracellular transport processes. We have managed, for the first time, to incorporate purified and prenylated RABs into artificial membranes. By doing so, we observed that RAB6, but not RAB1 or RAB5, is able to promote by itself vesicle tethering. We believe that RAB6 is able to interact in trans with itself and to consequently drive homotypic membrane tethering. In the main part of this study, we investigated the physicochemical membrane requirements necessary for RAB recruitment. RAB1, RAB5 and RAB6 were all found to only localize to disordered membrane domains and to preferentially bind to curved membranes. We demonstrated that this specific recruitment of RAB1, RAB5 and RAB6 is primarily dependent on the hydrophobic insertion of their prenyl group into lipid packing defects. In contrast, RAB35 recruitment was primarily dependent on the presence of negatively charged lipids and was found to be modulated, to a lesser extent, by lipid packing defects. Although RAB4 and RAB11 were effectively recruited to purified Golgi fractions, in an effector-independent manner, membrane charges and lipid packing defects were not sufficient to promote their recruitment to synthetic vesicles; suggesting that RAB4 and RAB11 require more demanding membrane physicochemical properties. Our work demonstrates that the properties of membranes are critical for the regulation of RAB specific membrane targeting.

Résumé : L’expression de surface des récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs) est un processus hautement régulé et très important dans le maintien de l’homéostasie cellulaire. En effet, un déséquilibre dans leur niveau d’expression est souvent relié à différentes pathologies comme le cancer, le diabète, l’obésité, les maladies cardiovasculaires et les maladies neurodégénératives. C’est pourquoi la compréhension des mécanismes moléculaires influençant ce phénomène est si importante et nous permettra d’élaborer et/ou d’améliorer les médicaments ciblant la régulation de ce processus. Il est bien connu qu’un des acteurs importants dans le trafic vésiculaire des GPCRs est représenté par la famille des Rab GTPases. Effectivement plusieurs de ces dernières, soit les Rabs 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 et 11 pour ne nommer que les plus connues, modulent l’expression de surface des GPCRs. De plus, certaines études soulèvent la possibilité qu’un GPCR soit lui-même capable de réguler son propre trafic intracellulaire, et ce grâce à son interaction avec les Rab GTPases. Toutefois, le mécanisme emprunté par le GPCR pour atteindre cette fin reste à élucider. Dans le présent travail, je démontre que le GPCR, β2AR, module non seulement la maturation de la petite protéine G Rab11a grâce à son interaction avec la Rab GéranylGéranylTransférase (RGGT), mais influence également son activation en modulant son ubiquitination via son association avec la E3-ubiquitine ligase, HACE1. De plus, je révèle que la sous-unité alpha de la RGGT (RGGTA) accroît significativement la maturation et le transport antérograde du récepteur β2AR, ce qui souligne ainsi un nouveau rôle cellulaire pour cette protéine. L’ensemble des résultats générés appuie l’hypothèse qu’un GPCR puisse contrôler son propre routage intracellulaire, et éclaircit les mécanismes utilisés pour réguler l’activé de la Rab GTPase avec laquelle il interagit. // Abstract : Cell surface expression of G Protein-Coupled Receptors (GPCRs) is a highly regulated and very important phenomenon for keeping cellular homeostasis. In fact, dysregulation of their cell expression is related to many diseases like cancer, neurological disorders, obesity, diabetes and cardiovascular diseases. These facts illustrate how important understanding the molecular mechanisms involved in cell surface transport of those receptors is, which will help us in designing or improving drugs which actually target this pathway. Rab GTPases are proteins known for being essential regulators of GPCR vesicular trafficking. Indeed, an increasing number of studies report the implication of Rab1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 and 11 (to cite the most frequently studied) cell surface transport of GPCRs. Moreover, some studies also put forward the possibility that a GPCR might be able to regulate its own cellular trafficking by interacting and controlling activation of Rab GTPases. However, the mechanism involved in this process remains to be clarified. In the present study, I demonstrate that the prototypic GPCR, β2AR, not only modulates prenylation/maturation of the small G protein Rab11a by interacting with Rab GeranylGeranylTransferase (RGGT), but also influences Rab11a activation by modulating its ubiquitination via its association with the E3-ubiquitin ligase, HACE1. Furthermore, I reveal that the α subunit of the RGGT (RGGTA) also promotes the maturation and anterograde transport of the receptor, which highlight a new cellular role for this protein. Altogether, those results support the hypothesis that GPCRs control their own trafficking, and shed light on some of the mechanisms that might be employed by those receptors in activation of Rab GTPases.

Les alcaloïdes canthin-6-one, 5-méthoxy-canthin-6-one et N-oxyde de canthin-6-one ainsi que l'alkylamide sanshool et trois coumarines ont été identifiés et quantifiés des écorces, feuilles (dans ce cas une étude annuelle a été menée), fruits et racines de Zanthoxylum chiloperone var. angustifolium (Rutaceae) récoltée en Amérique du Sud. Divers analogues de la canthin-6-one ont été obtenus par hémisynthèse en exploitant la réactivité de l'azote pyridinique N-3. De nouveaux analogues ont été synthétisés à partir de différentes tryptamines et anhydrides fonctionnalisés. La mise au point de nouvelles voies de synthèse, permettant leur obtention en 3 ou 4 étapes avec de bons rendements, a permis notamment de retracer toute la voie de biosynthèse de ces alcaloïdes. La stratégie de synthèse a, ensuite, été spécifiquement adaptée à la synthèse de molécules à motifs prénylés. L'activité antituberculeuse, l'activité antiproliférative sur cellules souches cancéreuses, ainsi que plusieurs activités antiparasitaires (maladie de Chagas, paludisme, activité nématicide) ont été étudiées et divers mécanismes d'action proposés. Finalement, nous avons réalisé une étude originale d'électrochimie sur des canthinones ainsi que les premiers essais de formulation galénique avec cette famille d'alcaloïdes.

Les alcaloïdes canthin-6-one, 5-méthoxy-canthin-6-one et N-oxyde de canthin-6-one ainsi que l’alkylamide sanshool et trois coumarines ont été identifiés et quantifiés des écorces, feuilles (dans ce cas une étude annuelle a été menée), fruits et racines de Zanthoxylum chiloperone var. angustifolium (Rutaceae) récoltée en Amérique du Sud. Divers analogues de la canthin-6-one ont été obtenus par hémisynthèse en exploitant la réactivité de l’azote pyridinique N-3. De nouveaux analogues ont été synthétisés à partir de différentes tryptamines et anhydrides fonctionnalisés. La mise au point de nouvelles voies de synthèse, permettant leur obtention en 3 ou 4 étapes avec de bons rendements, a permis notamment de retracer toute la voie de biosynthèse de ces alcaloïdes. La stratégie de synthèse a, ensuite, été spécifiquement adaptée à la synthèse de molécules à motifs prénylés. L’activité antituberculeuse, l’activité antiproliférative sur cellules souches cancéreuses, ainsi que plusieurs activités antiparasitaires (maladie de Chagas, paludisme, activité nématicide) ont été étudiées et divers mécanismes d’action proposés. Finalement, nous avons réalisé une étude originale d’électrochimie sur des canthinones ainsi que les premiers essais de formulation galénique avec cette famille d’alcaloïdes. / The alkaloids canthin-6-one, 5-methoxy-canthin-6-one and canthin-6-one Noxide,as well as the alkylamide sanshool and three known coumarines were identified and quantified from stem bark, leaves (in this case an annual analysis was conducted), fruits and roots of Zanthoxylum chiloperone var. angustifolium (Rutaceae) collected in South America. Some canthin-6-one derivates were prepared by hemisynthesis by exploring the N-3 reactivity of the pyridine nitrogen. Other new derivates were prepared from different tryptamines and some functionalized anhydrides by an efficient new synthetic route (3 or 4 steps) in good overall yields. The biosynthetic pathway of the canthin-6-one was also chemically explored.Furthermore, this work has prompted us to explore the reactivity of some prenylated derivates of canthin-6-one and serotonin. The antitubercular activity, the antiproliferative activity on cancer stem cells and several antiparasitic activities (Chagas disease, malaria, nematicidal activity) were studied and various mechanisms of action proposed. Finally, an original study of the electrochemical behaviour of canthinones has been investigated and a pharmaceutical formulation was achieved.