La prénylation de type I des protéines correspond à une modification post-traductionnelle faisant intervenir une liaison thioéther entre une cystéine localisée dans un motif CaaX en position C terminale et un groupement prényle en C 15 (farnésyle) ou C 20 (géranylgéranyle). Ces réactions sont catalysées par des protéine prényltransférases (PPTs) appartenant à la même famille fonctionnelle et comprenant la protéine farnésyltransférase (PFT) et géranylgéranyltransférase de type I (PGGT-I). Les plantes se distinguent par une double origine des substrats prényle (farnésyle diphosphate et géranylgéranyle diphosphate) utilisés comme précurseurs pour la biosynthèse des isoprénoïdes. Ces derniers sont biosynthétisés par l'intermédiaire de deux voies métaboliques distinctes, la voie cytosolique du mévalonate (MVA) et la voie plastidiale du méthylérythritol phosphate (MEP). Il est maintenant clair que la géranylgéranylation des protéines végétales dépend de la voie du MEP. Durant ce travail de thèse doctorale une étude comparative des spécificités de substrat a été réalisée. Elle a permis de montrer que la PFT est spécifique de son substrat protéique alors que la PGGT-I est spécifique de son substrat prényle. Ces spécificités peuvent néanmoins être modifiées in vivo, par exemple lors d’une augmentation de la concentration en MVA, suggérant que cette flexibilité des propriétés enzymatiques a un rôle régulateur dans certaines conditions physiologiques. Pour cette raison, nous avons entrepris une caractérisation de la prénylation des protéines dans des plantes de tabac élicitées, qui induisent la synthèse de MVA pour produire le capsidiol, une phytoalexine sesquiterpénique. La biosynthèse de ce métabolite secondaire capsidiol dérivant de la voie du MVA, est dépendante de la prénylation des protéines, notamment de protéines géranylgéranylées d’origine plastidiale. Le monoterpène S-carvone a été identifié comme un inhibiteur de la biosynthèse de capsidiol en interférant avec l’activité des PPTs in vivo. Les travaux ont également permis d’envisager l’existence d’un nouveau mode de prénylation des protéines spécifique aux feuilles. / Type-I protein prenylation is a post-translational modification of a protein bearing a CaaX motif with a prenyl moiety, this by a thioether linkage. The enzymes catalyzing those reactions are called protein prenyltransferase (PPTs). Two enzymes are involved, the protein farnesyltransferase (PFT) and the protein geranylgeranyltransferase type I (PGGT-I). They respectively use farnesyl diphosphate and geranylgeranyl diphosphate as substrate. Those precursors are synthetized in plants by two differentbiosynthetic pathways: the cytosolic mevalonate (MVA) and the plastidial methylerythritol phosphate (MEP) pathways. Protein geranylgeranylation is dependent of the MEP pathway. Those specificities can be modified A comparative analysis of PPTs specificity was done during this PhD thesis, revealing that PFT is specific for its protein substrate, while PGGT-I is specific for its prenyl substrate. But those specificities can be modulated in vivo, for instance by increasing the concentration of MVA. This suggests that the regulation of protein prenylation specificities can become functionally important during physiological processes. For that reason we characterized protein prenylation in elicited tobacco plants, which produce the sesquiterpene phytoalexin capsidiol. This metabolite is synthesized via the MVA pathway, and this process depends of protein prenylation, in particular geranylgeranylation, with the substrate coming from plastids. S-Carvone, a monoterpene, was identified as an inhibitor of PPTS, resulting in a lack of capsidiol production. This work also suggests that a new mechanism of prenylation might exist, specifically in leaves.

Les furocoumarines constituent l'une des classes de métabolites secondaires dérivant de la voie de biosynthèse des phénylpropanoïdes. Elles ont été décrites comme étant des phytoaléxines mais sont également très largement utilisées par l'Homme pour leurs propriétés thérapeutiques. Un certain nombre d'études biochimiques ont été réalisées afin d'en comprendre la biosynthèse mais peu de choses sont connues concernant leur déterminisme moléculaire. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur la caractérisation fonctionnelle de gènes appartenant aux prényltransférases aromatiques potentiellement impliquées dans cette voie de biosynthèse. Les prényltransférases catalysent la première étape de la voie de biosynthèse des furocoumarines linéaires ou angulaires. Elles permettent l'addition d'un groupement dimethylally pyrophosphate (DMAPP) sur l'umbelliférone. En utilisant SfN8DT-1, une prényltransférase aromatique récemment caractérisée, comme sonde, nous avons identifié 7 gènes candidats chez deux familles de plantes (Rutaceae et Apiaceae). Dans la mesure où il a été décrit que ces enzymes étaient des protéines membranaires, nous avons adapté un système d'expression hétérologue basé sur l'utilisation de N. benthamiana. Ce système a été validé par l'expression de deux protéines membranaires : un cytochrome P450 CYP98A22 et une prényltransférase déjà caractérisée SfN8DT-1. Nous avons ensuite utilisé ce système d'expression pour réaliser l'étude des 7 gènes nouvellement isolés. Ces travaux nous ont permis de caractériser la première umbelliferone prenyltransferase de Petroselinum crispum capable de catalyser in vitro et in vivo la prénylation du carbone 6 ou 8 de l'umbelliférone en présence de DMAPP permettant ainsi la synthèse respectivement de demethylsuberosin et d'osthenol. Par ailleurs, une étude réalisée in planta chez le persil a permis de mettre en évidence une relation positive entre le niveau d'expression du gène et la teneur en umbelliférone prénylée. L'étude de la surexpression du gène chez Ruta graveolens a permis de mettre en évidence un lien entre l'expression du gène et la disparition de l'umbelliférone. Enfin nous avons identifié la même activité pour une prényltransférase de Pastinaca sativa, ce qui nous amène à émettre l'hypothèse que l'étape de prénylation n'est pas une étape limitante dans la biosynthèse des furocoumarines angulaires, étant donné que le persil ne produit que des furocoumarines linéaires, tandis que le panais produit des furocoumarines linéaires et angulaires. L'utilisation de ces mêmes systèmes d'expression hétérologue de N. benthamiana et R. graveolens nous a également permis d'identifier une seconde prényltransférase aromatique capable de catalyser l'addition de géranylpyrophosphate (GPP) sur l'umbelliférone et sur l'esculétine / Furanocoumarins constitute one of the classes of secondary metabolites deriving from the phenylpropanoid biosynthetic pathway. These molecules are described as phytoalexins in plants but are also used by humans for their pharmaceutical properties. A large number of biochemical studies were carried out to understand their biosynthetic pathway but little information was available concerning the genes involved in the pathway. In this study, we focused on the characterization of genes encoding for aromatic prenyltransferases which were described to be involved in this pathway. Prenlyltransferases catalyze the entry step to the linear or angular furanocoumarin pathway. Hence they catalyze the addition of a dimethylallyl pyrophosphate (DMAPP) prenyl moiety to umbelliferone. Using a recently characterized aromatic prenyltransferase (SfN8DT-1) as a probe, we isolated 7 different candidate genes from two plant families (Rutaceae and Apiaceae). As these enzymes were described as membrane bound proteins, we adapted a heterologous expression system made up of Nicotiana benthamian aand we validated its efficiency by using two membrane-associated enzymes: a cytochrome P450 (CYP98A22) and the already described prenyltransferase SfN8DT-1. Subsequently, this system was used to perform the functional characterization of the 7 newly identified proteins. This way we succeeded to characterize the first umbelliferone prenyltransferase of Petroselinum crispum that was able to catalyze both the 6-C and 8-C prenylation of umbelliferone with DMAPP producing demethylsuberosin and osthenol respectively. We made evidence that these reactions occurred both in vitro and in vivo. In addition, in planta studies performed in P.crispum showed a positive relationship between the gene expression level and the content of prenylated umbelliferone. The overexpression of this gene was investigated in Ruta graveolens and we could provide evidences of a link between the enzymatic activity and the disappearance of umbelliferone. We also reported a similar activity for a prenyltransferase isolated from Pastinaca sativa, which makes us assume that the prenylation step is not a rate limiting step in the biosynthetic pathway of angular furanocoumarins since parsley is producing only linear furanocoumarins whereas parsnip is producing both linear and angular furanocoumarins. In addition, using the same N. benthamiana and R. graveolens heterologous expression systems, we identified a second aromatic prenyltransferase able to catalyze the addition of geranyl pyrophosphate (GPP) both to umbelliferone and esculetin