Au cours des dernières années, la demande croissante en cuivre, zinc et nickel a conduit à une augmentation de la récupération de minéraux précieux à partir de minerai complexes. Parmi ces minéraux, la chalcopyrite, la sphalérite et la pentlandite sont des minéraux sulfurés souvent trouvés en association avec d'autres tels que la pyrite et la pyrrhotite. La séparation et la concentration de ces minéraux sont généralement réalisées par flottation, un procédé qui sépare les particules hydrophobes des particules hydrophiles et permet de récupérer les premières dans une mousse en tête de cuve. Le degré d'hydrophobicité d'un minéral dépend de sa nature inhérente et des altérations de surface induites par les collecteurs et les déprimants ajoutés à la suspension de particules, avec d'autres agents tensio-actifs. Néanmoins, les collecteurs utilisés dans la flottation des sulfures sont connus pour être nocifs. Par conséquent, il y a un intérêt pour le développement de nouveaux collecteurs plus respectueux de l'environnement. Dans le travail actuel, mené dans le cadre de nos efforts pour développer des collecteurs alternatifs, efficaces et économiquement compétitifs, nous avons utilisé la technique de présentation de peptides par des phages (phage display) couplée aux technologies de séquençage à haute capacité pour l'identification des peptides présentant une forte affinité pour la chalcopyrite. Pour ce faire, nous avons utilisé une bibliothèque de heptapeptides linéaires, et les candidats potentiels ont été soumis à une validation par le biais de tests d'adsorption. Ces tests comprenaient une comparaison des capacités d'adsorption des séquences produites de différentes manières et sous différentes formes : des phages, des peptides synthétiques et des protéines de fusion avec d'autres éléments d'intérêt. Les résultats de ces tests ont confirmé la capacité d'adsorption des séquences sélectionnées sur la chalcopyrite. De plus, nous avons démontré que les peptides synthétiques désalés constituent une option viable pour des tests d'adsorption. En outre, nous avons créé deux types de bio-collecteurs en ajoutant à nos séquences affinitaires des queues hydrophobes,composées de leucine (L), de différentes longueurs : soit 3 L ou 5 L. Ces queues hydrophobes ont été intégrées dans deux séquences validées pour construire des collecteurs à base de peptides. Ces nouveaux collecteurs ont été évalués pour leur adsorption sur la chalcopyrite et le quartz. Ensuite, des tests de micro-flottations ont été réalisées à l'aide d'un tube d'Hallimond. Les résultats ont révélé que ces peptides étaient efficaces et sélectifs pour faire flotter la chalcopyrite par rapport au quartz, démontrant le potentiel des queues hydrophobes et de l'utilisation de collecteurs à base de peptides dans la flottation des minerais sulfurés. Finalement, nous avons exploré la faisabilité de l'utilisation de diverses protéines recombinantes pour produire les peptides. Nous avons utilisé trois gènes rapporteurs de tailles variables : 1) la protéine fluorescent verte (EGFP), avec et sans l'ajout des liens, 2) PhiLOV3 dans diverses configurations, et 3) la thioredoxine fusionnée avec des répétitions du peptide. Une expression réussie des peptides fusionnés aux gènes rapporteurs a été obtenue en quantités signifficatives et sous une forme soluble lors de l'utilisation de l'EGFP. / In recent years, the growing demand for copper, zinc and nickel has led to an increase in the recovery of valuable minerals from complex ores. Among these minerals, chalcopyrite, sphalerite, and pentlandite are sulphides minerals often found in association with other such as pyrite and pyrrhotite. The separation and concentration of these minerals are typically achieved by froth flotation, a process that separates hydrophobic from hydrophilic particles and enables the hydrophobic particles to be recovered in a foam at the top of the tank. The degree of hydrophobicity exhibited by a mineral depends on its inherent nature and surface alterations induced by collectors and depressants added to the particle suspension, along with other surfactants. However, collectors used in sulphide flotation have been known to be harmful to the environment. Hence, there is an interest in the development of novel collectors that are more environmentally friendly. In the current work, conducted as part of our efforts to develop efficient and economically competitivee alternative collectors, we employed the phage display technique coupled with high-throughput sequencing technologies to identify peptides with high affinity for chalcopyrite. To achieve this, we employed a library of linear peptides, and potential candidates were subject to validation through adsorption tests. These tests involved comparing the adsorption capacities of sequences produced in different ways: phages, synthetic peptides, and fusion proteins with other elements of interest. The results of these tests confirmed the adsorption capacity of the selected sequences on chalcopyrite. Moreover, we demonstrated that desalted synthetic peptides serve as a viable option for adsorption tests. Furthermore, we have created two types of bio-collectors by adding hydrophobic tails, composed of leucine (L), of different lengths to our affinity sequences: either 3 L or 5 L. These hydrophobic tails were added were integrated into two validated sequences to construct peptidebase collectors. These newly devised collectors were assessed for adsorption on chalcopyrite and quartz. Subsequently, micro-flotation test were conducted using a Hallimond tube. The results revealed that these peptides were efficient and selective in floating chalcopyrite with respect to quartz, showing the potential of the hydrophobic tails, and the use of peptide-base collectors in the flotation of sulphide ores. Lastly, we explored the feasibility of utilizing various recombinant proteins to produce the peptides. We employed three different reporter genes of varying sizes: 1) Enhanced green fluorescence protein (EGFP), both with and without linkers, 2) PhiLOV3 in diverse configurations, and 3) Thioredoxine fused with repetitions of the peptide. Successful expression of peptides fused to reporter genes was achieved in significant quantities and a soluble form when utilizing EGFP.

Cette thèse se place dans le cadre de l'étude in silico, c'est-à-dire assistée par ordinateur, des liens qui unissent la séquence d'une protéine à la (ou aux) structure(s) tri-dimensionnelle(s) qu'elle adopte. Le décryptage de ces liens présente de nombreuses applications dans divers domaines et constitue sans doute l'une des problématiques les plus fascinantes de la recherche en biologie moléculaire.<p><p>Le premier aspect de notre travail concerne le développement de potentiels statistiques dérivés de bases de données de protéines dont les structures sont connues. Ces potentiels présentent plusieurs avantages: ils peuvent être aisément adaptés à des représentations structurales simplifiées, et permettent de définir un nombre limité de fonctions énergétiques qui incarnent l'ensemble complexe d'interactions gouvernant la structure et la stabilité des protéines, et qui incluent également certaines contributions entropiques. Cependant, leur signification physique reste assez nébuleuse, car l'impact des diverses hypothèses nécessaires à leur dérivation est loin d'être clairement établi. Nous nous sommes attachés à l'étude de certaines limitations des ces potentiels: leur dépendance en la taille des protéines incluses dans la base de données, la non-additivité des termes de potentiels, et l'importance souvent négligée de l'environnement protéique spécifique ressenti par chaque résidu. Nous avons ainsi mis en évidence que l'influence de la taille des protéines de la base de données sur les potentiels de distance entre résidus est spécifique à chaque paire d'acides aminés, peut être relativement importante, et résulte essentiellement de la répartition inhomogène des résidus hydrophobes et hydrophiles entre le coeur et la surface des protéines. Ces résultats ont guidé la mise au point de fonctions correctives qui permettent de tenir compte de cette influence lors de la dérivation des potentiels. Par ailleurs, la définition d'une procédure générale de dérivation de potentiels et de termes de couplage a rendu possible la création d'une fonction énergétique qui tient compte simultanément de plusieurs descripteurs de séquence et de structure (la nature des résidus, leurs conformations, leurs accessibilités au solvant, ainsi que les distances qui les séparent dans l'espace et le long de la séquence). Cette fonction énergétique présente des performances nettement améliorées par rapport aux potentiels originaux, et par rapport à d'autres potentiels décrits dans la littérature.<p><p>Le deuxième aspect de notre travail concerne l'application de programmes basés sur des potentiels statistiques à l'étude de protéines qui adoptent des structures alternatives. La permutation de domaines est un phénomène qui affecte diverses protéines et qui implique la génération d'un oligomère suite à l'échange de fragments structuraux entre monomères identiques. Nos résultats suggèrent que la présence de "faiblesses structurales", c'est-à-dire de régions qui ne sont pas optimales vis-à-vis de la stabilité de la structure native ou qui présentent une préférence marquée pour une conformation non-native en absence d'interactions tertiaires, est intimement liée aux mécanismes de permutation. Nous avons également mis en évidence l'importance des interactions de type cation-{pi}, qui sont fréquemment observées dans certaines zones clés de la permutation. Finalement, nous avons sélectionné un ensemble de mutations susceptibles de modifier sensiblement la propension de diverses protéines à permuter. L'étude expérimentale de ces mutations devrait permettre de valider, ou de raffiner, les hypothèses que nous avons proposées quant au rôle joué par les faiblesses structurales et les interactions de type cation-{pi}. Nous avons également analysé une autre protéine soumise à d'importants réarrangements conformationnels: l'{alpha}1-antitrypsine. Dans le cas de cette protéine, les modifications structurales sont indispensables à l'exécution de l'activité biologique normale, mais peuvent sous certaines conditions mener à la formation de polymères insolubles et au développement de maladies. Afin de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la polymérisation, nous avons cherché à concevoir rationnellement des protéines mutantes qui présentent une propension à polymériser contrôlée. Des tests expérimentaux ont été réalisés par le groupe australien du Professeur S.P. Bottomley, et ont permis de valider nos prédictions de manière assez remarquable.<p><p><p><p>The work presented in this thesis concerns the computational study of the relationships between the sequence of a protein and its three-dimensional structure(s). The unravelling of these relationships has many applications in different domains and is probably one of the most fascinating issues in molecular biology.<p><p>The first part of our work is devoted to the development of statistical potentials derived from databases of known protein structures. These potentials allow to define a limited number of energetic functions embodying the complex ensemble of interactions that rule protein folding and stability (including some entropic contributions), and can be easily adapted to simplified representations of protein structures. However, their physical meaning remains unclear since several hypotheses and approximations are necessary, whose impact is far from clearly understood. We studied some of the limitations of these potentials: their dependence on the size of the proteins included in the database, the non-additivity of the different potential terms, and the importance of the specific environment of each residue. Our results show that residue-based distance potentials are affected by the size of the database proteins, and that this effect can be quite strong, is residue-specific, and seems to result mostly from the inhomogeneous partition of hydrophobic and hydrophilic residues between the surface and the core of proteins. On the basis of these observations, we defined a set of corrective functions in order to take protein size into account while deriving the potentials. On the other hand, we developed a general procedure of derivation of potentials and coupling terms and consequently created an energetic function describing the correlations between several sequence and structure descriptors (the nature of each residue, the conformation of its main chain, its solvent accessibility, and the distances that separate it from other residues, in space and along the sequence). This energetic function presents a strongly improved predictive power, in comparison with the original potentials and with other potentials described in the literature.<p><p>The second part describes the application of different programs, based on statistical potentials, to the study of proteins that adopt alternative structures. Domain swapping involves the exchange of a structural element between identical proteins, and leads to the generation of an oligomeric unit. We showed that the presence of “structural weaknesses”, regions that are not optimal with respect to the folding mechanisms or to the stability of the native structure, seems to be intimately linked with the swapping mechanisms. In addition, cation-{pi} interactions were frequently detected in some key locations and might also play an important role. Finally, we designed a set of mutations that are likely to affect the swapping propensities of different proteins. The experimental study of these mutations should allow to validate, or refine, our hypotheses concerning the importance of structural weaknesses and cation-{pi} interactions. We also analysed another protein that undergoes large conformational changes: {alpha}1-antitrypsin. In this case, the structural modifications are necessary to the proper execution of the biological activity. However, under certain circumstances, they lead to the formation of insoluble polymers and the development of diseases. With the aim of reaching a better understanding of the mechanisms that are responsible for this polymerisation, we tried to design mutant proteins that display a controlled polymerisation propensity. An experimental study of these mutants was conducted by the group of Prof. S.P. Bottomley, and remarkably confirmed our predictions.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished