En 2002, notre équipe a montré que la stimulation de cellules primaires cortico-surrénaliennes bovines en culture primaire par l'hormone hypophysaire ACTH induisait l'expression du VEGF de manière indépendante de sa transcription. En effet, en réponse à l'ACTH, l'expression du VEGF est régulée au niveau post-transcriptionnel par la stabilisation/déstabilisation de son transcrit via des séquences riches en AU (ARE) situées dans la région 3‘ non traduite (3'UTR) de son ARNm. Le laboratoire a mis en évidence une protéine, TIS11b, exprimée également en réponse à une stimulation des cellules par l'ACTH, mais de manière concomitante avec la phase de déstabilisation de l'ARNm du VEGF. TIS11b appartient à une famille de protéines déstabilisatrices des ARNm via les séquences ARE. L'interaction de TIS11b avec l'ARNm du VEGF a été confirmée par la suite, et le site de liaison de la protéine à l'ARNm a également été identifié.<br /><br />Dans ce contexte, le premier objectif de ma thèse était d'évaluer la possibilité d'utiliser les propriétés déstabilisatrices de TIS11b sur l'ARNm du VEGF pour une thérapie anti-angiogène et anti-tumorale. Pour cela, la protéine a été vectorisée par la fusion de petits peptides ou PTD (protein transduction domain, Tat issu du VIH ou les polyarginines R7 et R9) lui permettant de traverser les membranes et d'atteindre sa cible intracellulaire, l'ARNm du VEGF. Nous avons pu montrer dans cette étude que 100 nM de protéines de fusion Flag-Tat-, Flag-R7- et Flag-R9-TIS11b sont capables d'induire une diminution du taux d'ARNm du VEGF ainsi que de la production de la protéine VEGF, dans des cellules en culture après 24 h d'incubation. De plus, nous avons pu montrer que l'injection de 100 nM de la protéine de fusion Flag-R9-TIS11b dans la glande corticosurrénalienne de souris, induisait une diminution d'environ 50 % de l'expression du VEGF par cette glande et que cette diminution était maintenue à 48 h. Des résultats préliminaires encourageants d'inhibition de croissance tumorale ont été obtenus avec l'injection de cette protéine de fusion dans des tumeurs pré-établies chez la souris nude, et doivent être confirmés.<br /><br />L'ACTH étant une hormone qui active la voie de l'AMPc et de la protéine kinase A (PKA), le deuxième objectif de ma thèse était de caractériser la phosphorylation de TIS11b par la PKA en réponse à une stimulation par l'ACTH et d'étudier les conséquences de cette phosphorylation sur son activité déstabilisatrice des ARNm. Nous avons pu montrer pour la première fois, que la PKA phosphoryle la protéine TIS11b, in vitro, au niveau de la sérine 54. Un deuxième site de phosphorylation en réponse à une stimulation par l'ACTH, via probablement une autre kinase que la PKA, a été mis en évidence au niveau de la sérine 334. Il semblerait que la protéine TIS11b comporte un domaine d'activation et un domaine d'inhibition susceptibles d'être régulés en réponse à une stimulation par l'ACTH. L'attribution de ces domaines aux sérines 54 et 334 nécessite des expériences complémentaires.

Les systèmes de défense bactériens face à un stress oxydant reposent essentiellement sur l'expression d'enzymes capables de dégrader les espèces réactives de l'oxygène telles que le peroxyde d'hydrogène, le radical anion superoxyde et le radical hydroxyle. La protéine PerR a été identifiée chez Bacillus subtilis comme senseur de H2O2 appartenant à la famille des métallo-régulateurs Fur. La protéine PerR est un homodimère contenant deux sites métalliques par sous unité : un site à zinc structural et un site de régulation pouvant coordiner un ion Fe2+ ou Mn2+. La protéine PerR se fixe à l'ADN en présence de ses deux métaux pour réprimer la transcription de certains gènes. Contrairement à d'autres senseurs du peroxyde d'hydrogène comme la protéine OxyR chez Escherichia coli et le complexe Orp1-Yap1 chez Saccharomyces cerevisiaie, la caractérisation structurale et biochimique de la protéine PerR n'était pas aussi avancée.<br /> Les travaux présentés dans ce manuscrit rapportent les études structurales menées sur la protéine PerR par cristallographie aux rayons X et par spectroscopie d'absorption des rayons X (SAX). Les différentes structures résolues au cours de ce travail (l'apoprotéine, les formes active et inactive de la protéine) permettent de mieux caractériser la protéine PerR. Le mode de fixation à l'ADN de la protéine PerR est également discuté.<br /> De façon intéressante, tandis que les protéines OxyR et Orp1-Yap1 utilisent des résidus cystéine pour détecter le peroxyde, le mécanisme d'activation de PerR fait intervenir un résidu histidine qui est oxydé en 2-oxo-histidine. Cette oxydation est catalysée par le métal de régulation (Fe2+). Les quatre cystéines de la protéine coordinent l'ion zinc et ne participent pas à la détection du peroxyde. La structure de la forme oxydée de la protéine est également présentée : cette structure met en évidence, pour la première fois dans la PDB, une 2-oxo-histidine dans une structure cristallographique.

Dans cette thèse est présentée une nouvelle stratégie de purification de SERCA1a après son expression hétérologue chez S. cerevisiae.. La protéine est fusionnée à un domaine accepteur de biotine, biotinylé in vivo par la levure. La procédure de purification, basée sur la forte interaction entre avidine et biotine, permet d'obtenir une protéine active pure à 40-50%. Une étape supplémentaire de filtration sur gel en HPLC a permis d'augmenter la pureté d'environ 70%, tout en conservant une très bonne activité spécifique. Les cristaux obtenus de SERCA1a ainsi purifiée diffractent les rayons X à 3,1Å. <br />Cette nouvelle méthode de purification a été appliquée avec succès au mutant SERCA1a-E309Q. De petits cristaux de ce mutant ont pu être isolés. Cette méthode a également permis de purifier SERCA3a, bien que le faible taux d'expression de la protéine de fusion chez S. cerevisiae limite la quantité purifiée. En parallèle, des essais d'immunolocalisation cellulaire de SERCA3a dans différentes lignées cellulaires et dans des coupes de peau ont été réalisés

Le but de cette thèse est de concevoir une puce à sucres, compatible avec un système optique d'imagerie en résonance des plasmons de surface (SPRi), afin d'analyser simultanément de multiples interactions protéine/oligosaccharide en temps réel. La réalisation d'un système modèle, ayant comme sucre sonde, l'héparine, est proposée. La modification du sucre par un pyrrole permet de le déposer sur une surface d'or par électrocopolymérisation. Cette chimie nécessite la construction de molécules « pyrrole - bras espaceurs » compatibles avec les propriétés des sucres utilisés. La puce utilisable en SPRi est ensuite fabriquée par électrocopolymérisations successives. Ces plots formés peuvent être caractérisés par MEB et par AFM. Des expériences préliminaires utilisant des traceurs fluorescents ont permis de valider le système ainsi que la chimie proposée ; la fluorescence observée est spécifique de l'interaction biologique grâce à la présence de négatifs. Les études d'interactions biologiques suivies par SPRi ont alors été réalisées ; la sensibilité de l'interaction est confirmée. Grâce à l'acquisition en temps réel des interactions, les cinétiques d'association et de dissociation du complexe oligosaccharide/protéine sont observées puis optimisées. De plus, les puces fabriquées sont régénérables mais aussi réutilisables sur plusieurs mois, ce qui permet l'étude des paramètres chimiques et biologiques. Cette approche est appliquée finalement à plusieurs problématiques biologiques.

Découper, a priori et de façon précise, les séquences en domaines est d'une grande importance dans le champ de la biologie, notamment pour optimiser les études de génomique structurale et de génomique fonctionnelle. Différentes approches basées sur la composition en acides aminés, la complexité de la séquence ou la construction de modèles 3D ab initio, ont été développées par le passé. Nous proposons, dans le cadre de ce travail, une approche nouvelle et originale pour le découpage automatique et sensible des séquences protéiques en domaines structurés distincts par exploitation de leur texture. Cette approche bénéficie de l'information de voisinage 2D apportée par la méthodologie « Hydrophobic Cluster Analysis » (HCA). La distribution des différentes catégories d'amas hydrophobes, tels que définis par l'intermédiaire de HCA, ainsi que l'analyse de leurs caractéristiques en termes de structures secondaires, permettent d'appréhender de façon différenciée les textures des régions globulaires, non globulaires et/ou désordonnées, répétitives, passages membranaires isolés ou multiples.... L'approche développée, DomHCA, permet in fine de segmenter une séquence protéique en une série de régions et sous-régions caractérisées par des textures précises, segmentation qui, appliquée à l'échelle des génomes, autorise une comparaison rapide et originale de l'ensemble des séquences. Une des applications concerne les séquences du génome de Plasmodium falciparum qui, par leurs fortes proportions en acides aminés N et K, rendent les méthodes classiques de détection de similarité peu efficaces.

Chez Escherichia coli la terminaison de la transcription peut intervenir selon deux mécanismes distincts : tout d'abord la terminaison intrinsèque qui correspond à une séquence ADN, codant pour une structure en tige boucle riche en GC suivie d'une répétition d'uridine sur l'ARN, induisant le relargage de l'ARN polymérase. Le second mécanisme est gouverné par un facteur de terminaison nommé Rho qui gouverne environ 50 % des événements de terminaison chez E. coli. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé à ce deuxième mécanisme, et plus particulièrement à sa régulation in vivo (antiterminaison). Rho, sous la forme d'un anneau héxamèrique, se fixe à l'ARN naissant au niveau d'un site d'entrée (également appelé RUT), puis utilise son activité ATPase pour longer l'ARN et dissocier le complexe ternaire d'élongation stoppé au niveau d'un site de pause. Les terminateurs Rho-dépendants sont assez mal définis et peu d'entre eux on été analysés en détail. Le terminateur du tR1 du phage lambda (λ) est le terminateur Rho-dépendant le plus étudié à la fois in vitro et in vivo. La terminaison Rho-dépendante au niveau de ce terminateur est gouvernée principalement par les séquences localisées en 5', codant deux régions du transcript nommées RUTA et RUTB. Ces deux régions sont séparées par le motif ARN BOXB qui n'est pas indispensable à l'action de Rho mais sert, dans le mécanisme d'antiterminaison, de site de fixation pour la protéine N du paghe λ. Grâce à un système minimal d'étude in vivo, nous avons montré que le motif BOXB possède une fonction double dans les mécanismes de terminaiso/antiterminaison au niveau de λtR1 régulant l'expression temporale du génome du phage λ. Sous la forme d'une tige boucle hautement structurée, BOXB agit comme un lien permettant de placer RUTA et RUTB l'un à côté de l'autre pour une interaction optimale avec Rho et une terminaison efficace. A l'inverse, la fixation de la protéine N sur BOXB induit l'antiterminaison au niveau de λtR1 en empêchant l'accès de Rho à l'ARN. Ce double rôle a été démontré in vivo en substituant au couple N/BOXB la « coat protein » du phage MS2 et son motif cible en tige boucle. En complément de ce travail, j'ai utilisé cette faculté d'un complexe ribonucléoprotéïque de bloquer la terminaison Rho-dépendante, pour développer une nouvelle approche d'étude in vivo, des complexe ARN-protéine.

La protéine MC1 est une petite protéine structurale très abondante chez Methanosarcina thermophila (archaeabactérie). Nous avons utilisé la méthode SELEX (Systematic Evolution of Ligands by EXponential enrichment) pour rechercher ses séquences préférentielles de fixation. Après 10 cycles de sélection, une séquence consensus avec une affinité 50 fois plus forte que celle pour une séquence aléatoire a été déterminée. Cette séquence a été étudiée par simulation de dynamique moléculaire. Le mode de fixation de MC1 sur l'ADN a ensuite été déterminé par des empreintes moléculaires (DMS, OH·). Les résultats montrent une fixation par une face et dans le petit sillon de l'ADN. Une reconnaissance par lecture indirecte des séquences est probable. L'oxydation de certains acides aminés (Trp, Met) par les rayons gamma entraîne une modification des propriétés de la protéine : perte de la reconnaissance de structures et séquences particulières et diminution de sa capacité à courber l'ADN.

Charger faiblement la surface des membranes ne modifie en rien les paramètres structuraux et élastiques d'une phase lamellaire inverse, car les contre-ions s'auto-écrantent. En revanche, pour la phase lamellaire directe, les répulsions électrostatiques entre charges dans le même plan "repassent" les fluctuations de la membrane, entraînant une diminution de la périodicité. Le paramètre de Caillé eta diminue etla rigidité de la membrane augmente, en accord avec les prédictions de Fogden et al. Le module de compressibilité smectique Bbar augmente à cause des répulsions électrostatiques puis diminue, soit car la couche de contre-ions renormalise l'épaisseur de la membrane, soit sous l'effet des corrélations de fluctuations prédit par Lukatsky et al. Un peptide hydrophobe-hydrophile-hydrophobe globalement neutre a été inséré dans des phases lamellaire et éponge: il se couche sur les membranes et sa partie hydrophile s'organise en hélice alpha rigide. Dans la phase lamellaire, il entraîne une diminution du paramètre de Caillé eta, sans modifier ni la stabilisation par les répulsions stériques, ni la périodicité. La diminution de eta peut s'expliquer soit par une augmentation de l'épaisseur effective de la membrane, soit par le modèle de Sens et Turner. Le peptide induit aussi une importante augmentation de la rigidité. Les hypothèses restrictives des modèles ne leur permettent pas d'expliquer cette augmentation, cependant corrélée à l'augmentation de l'épaisseur effective de la membrane. Les mesures d'absorption et de fluorescence sur la protéine transmembranaire collectrice de la lumière LH2 insérée dans une phase cubique Q230 de monooléine ont montré qu'elle subit des modifications affectant certains de ses pigments, l'état oligomérique de la protéine étant préservé. Ces effets proviennent de la forte concentration en monooléine (et/ou de la faible teneur en eau), et pas de la forte courbure de la membrane. Ces observations nous ont conduits à ne pas tenter la cristallisation du LH2 dans la phase cubique et mettent un bémol à l'utilisation de cette phase comme matrice de cristallisation. Nous avons en outre montré que l'insertion du LH2 dans des phase éponges de tensioactifs le dénaturait.

Le passage sélectif d'ions et de métabolites à travers les membranes biologiques est essentiel à de nombreux processus cellulaires fondamentaux. Au niveau de la membrane interne de la mitochondrie, la communication cellulaire et les processus d'échanges sont principalement assurés par les transporteurs mitochondriaux. Ces protéines membranaires jouent un rôle clef dans les fonctions métaboliques des cellules eucaryotes et leur dysfonctionnement est à l'origine d'un certain nombre de maladies graves chez l'homme Parmi les transporteurs mitochondriaux, deux familles ont été étudiées au cours de ce travail : les AACs (ADP/ATP Carriers) et les UCPs (UnCoupling Proteins). Deux systèmes de production hétérologue de ces transporteurs ont été mis en place : la synthèse in vitro et l'expression chez E. coli de protéines de fusion. Le premier a permis la production et la purification d'environ 0,6 mg de protéine par mL de réaction et le deuxième a été exploité afin de réaliser des caractérisations fonctionnelles des transporteurs ADP/ATP. Un test fonctionnel pour la protéine découplante a également été mis au point. Ce test, basé sur la mesure directe des courants électriques associés à l'activité de transport de l'UCP, à permis la caractérisation fonctionnelle de la protéine UCP1 native.

Le cytosquelette bactérien des homologues d'actine (protéines de la famille MreB) joue un rôle majeur dans la morphogénèse cellulaire. Des homologues de MreB sont retrouvés chez la plupart des espèces bactériennes non sphériques, où ils sont essentiels pour la viabilité cellulaire. Les bactéries à Gram-positif ont généralement plusieurs isoformes. L'organisme modèle Bacillus subtilis en possède trois : MreB, Mbl et MreBH, tous trois impliqués dans la détermination de la forme de la cellule. Le postulat actuel est une organisation, des complexes de synthèse du peptidoglycane, le long des parois latérales par les filaments hélicoïdaux des MreB-like. Cependant, les mécanismes moléculaires et les protéines effectrices impliqués dans cette fonction ne sont pas encore élucidés. Par analogie avec les rôles de l'actine eucaryote, des implications dans d'autres processus cellulaires cruciaux et la présence de partenaires protéiques sont également attendus pour les actines procaryotes. Afin d'explorer les rôles des protéines MreB chez B. subtilis nous avons généré, par des criblages génomiques double hybride chez la levure, un réseau d'interaction protéine-protéine centré sur MreB, Mbl et MreBH. Une vérification systématique et drastique de toutes les interactions obtenues lors des criblages a été réalisée afin d'éliminer les faux positifs. Les interactions identifiées révèlent des liens entre les protéines MreB-like et seize protéines issues de catégories fonctionnelles variées ou de fonction inconnue. Une étude exploratoire a été menée pour huit des protéines partenaires par des approches in silico et in vivo et nous a permis de sélectionner une seule interaction à caractériser plus en détail. Nous nous sommes principalement intéressés à l'interaction physique et directe entre MreB et DapL, une protéine essentielle vraisemblablement impliquée dans la voie de biosynthèse des précurseurs du peptidoglycane, par analogie à DapE d'E. coli. La caractérisation approfondie de DapL a confirmé son essentialité dans la synthèse du peptidoglycane. Bien que l'interaction MreB-DapL ait été confirmée biochimiquement, son rôle biologique exact n'a pas été élucidé. Cependant, nous avons mis en évidence d'autres interactions entre MreB et DapG, LysA et MurE, des enzymes également impliquées dans les étapes précoces de la synthèse du peptidoglycane. L'existence de telles interactions renforce le rôle du cytosquelette MreB de B. subtilis dans l'orchestration des machineries de synthèse de la paroi cellulaire.