La vision est rendue possible grâce à la conversion du signal lumineux en un signal électrique par la cascade de phototransduction visuelle, qui implique plusieurs protéines incluant la phosphodiestérase (PDE). L’inactivation des différentes protéines de la phototransduction est primordiale pour que les photorécepteurs retrouvent leur sensibilité aux changements d’intensité lumineuse. Au cours de ce processus, un complexe de protéines incluant la R9AP (RGS9-1 Anchor Protein) inactive la PDE. La R9AP permet l’ancrage d’un complexe protéique à la membrane des disques des photorécepteurs via son segment C-terminal hydrophobe. Des mutations au niveau de la séquence de la R9AP mènent à une maladie appelée bradyopsie qui se caractérise notamment par une photophobie et une difficulté à suivre des objets en mouvement. Cette maladie peut être causée par la perte de la liaison membranaire de la R9AP en raison de mutations menant à une modification de la séquence en acides aminés de son segment C-terminal. La liaison membranaire de la R9AP joue donc un rôle majeur dans l’inactivation de la PDE. Par contre, aucune donnée de liaison membranaire et structurale n’est disponible pour cette protéine. Nous avons donc initié la caractérisation de la structure et de la liaison membranaire de différentes formes de la R9AP, soit la protéine avec et sans son segment C-terminal (∆TM, R9AP∆TM) ainsi que le segment C-terminal seul. Afin d’obtenir la R9AP pure, nous avons cloné, surexprimé et purifié la R9AP∆TM en fusion avec différentes étiquettes de solubilisation/purification. Les protéines recombinantes ont été produites à l’aide d’un système d’expression bactérien. En plus de permettre d’obtenir la R9AP pure pour caractériser sa structure et sa liaison membranaire, ces travaux ont significativement contribué à faire avancer les connaissances à propos de l’utilisation des étiquettes de purification/solubilisation en fusion avec une protéine d’intérêt. En effet, nous avons effectué une étude systématique pour étudier l’impact de la conception des protéines de fusion sur la solubilité, l’expression et la purification de protéine d’intérêt. Il s’agit de la première étude systématique évaluant l’effet du positionnement et de l’identité des différentes étiquettes de purification/solubilisation sur ces paramètres. Également, la production des protéines recombinantes a permis d’identifier un site alternatif d’initiation de la traduction dans la séquence de l’étiquette GST (glutathione S-transférase) qui cause l’expression d’une protéine de fusion tronquée. Cette observation aura certainement un fort impact compte tenu de l’utilisation répandue de l’étiquette GST. Concernant les résultats obtenus avec la R9AP, des données de centrifugation ont montré que la protéine complète est beaucoup moins soluble que la R9AP∆TM, ce qui suggère un rôle important du segment C-terminal hydrophobe dans la solubilité de cette protéine. Ainsi, seulement la structure et la liaison membranaire de la R9AP∆TM ont pu être investiguées dans le cadre de cette thèse. Des mesures par dichroïsme circulaire et spectroscopie infrarouge ont montré que la R9AP∆TM ainsi que le peptide C-terminal sont majoritairement constitués d’hélices alpha, ce qui appuie les prédictions structurales de cette protéine et un rôle d’ancrage membranaire de son segment C-terminal. Également, les mesures de liaison membranaire à l’aide des monocouches de Langmuir ont montré que ce segment C-terminal seul possède une forte affinité pour la majorité des phospholipides qui sont représentatifs de la composition lipidique des photorécepteurs. En revanche, la R9AP sans son segment transmembranaire a montré une faible affinité pour la majorité de ces phospholipides. Ainsi, nos travaux suggèrent fortement que la spécificité de liaison membranaire de la R9AP est en majorité dictée par son segment C-terminal, ce qui supporte son rôle important dans l’ancrage du complexe protéique aux membranes des disques des photorécepteurs et dans la bradyopsie. / Visual phototransduction involves many proteins including phosphodiesterase, which leads to photoreceptor hyperpolarization and then signal transmission to the brain. Inactivation of the different proteins involved in this process is essential such that photoreceptors remain sensitive to changes in light intensity. In the course of this inactivation, a protein complex including R9AP (RGS9-1 Anchor Protein) inactivates phosphodiesterase (PDE). R9AP anchors a protein complex to disk membranes of the photoreceptor outer segments most likely by use of its C-terminal hydrophobic domain. Mutations in the coding sequence of R9AP lead to a visual disease called bradyopsia, which results in problems with adjusting to light variations and difficulties to follow moving objects. This disease can be caused by the loss of the membrane binding of R9AP as a result of mutations that modify the amino acid sequence of its C-terminal domain. Membrane binding of R9AP thus plays a major role in the inactivation process of PDE. However, membrane binding and structural data are still lacking for this particular protein. We have thus initiated the characterization of the structure and membrane binding of R9AP, including the fulllength protein, R9AP without its C-terminal domain (R9AP∆TM), as well as its Cterminal domain alone. In order to get pure R9AP, we have cloned, overexpressed and purified R9AP∆TM in fusion with solubility-enhancing/purification tags. Recombinant proteins were expressed using a bacterial expression system. This study allowed us to develop a procedure to obtain pure R9AP∆TM as well as to significantly improve our understanding of the use of fusion proteins. Indeed, we have performed a systematic analysis of the impact of the design of fusion proteins on their solubility, expression and purification. This study was the first one to evaluate the effect of both the identity and the position of the tags on the solubility, expression and purification of proteins of interest. Also, the production of R9AP∆TM recombinant proteins allowed us to identify an alternative translation initiation site in the coding sequence of the GST (glutathione S-transferase) tag, which results in the expression of a truncated fusion protein. This finding will certainly have an important impact when considering the extensive use of the GST tag. Results have shown that the R9AP∆TM protein is much more soluble than the fulllength protein, which suggests a major role of the C-terminal domain of R9AP for its solubility. Thus, the structure and the membrane binding of R9AP∆TM have been investigated within the scope of this thesis. Infrared spectroscopy as well as circular dichroism measurements have allowed determining that R9AP∆TM as well as the C-terminal domain adopt an alpha-helical structure, which is in good agreement with both the predicted structure of R9AP and the transmembrane role of its C-terminal domain. Also, Langmuir monolayer measurements revealed that the C-terminal segment has a high affinity for most of the phospholipids found in photoreceptor membranes. In contrast, R9AP∆TM has a low affinity for these phospholipids. Thus, our results demonstrate that the membrane binding of R9AP is highly dependent on its C-terminal segment, which is consistent with its important role in anchoring the protein complex to disk membranes of the photoreceptor outer segments and in bradyopsia.

Le métapneumovirus humain (hMPV) est un virus responsable d’infections aiguës des voies respiratoires telles que des bronchiolites, des bronchites ou des pneumonies, principalement chez les populations à risques que sont les jeunes enfants de moins de 5ans, ainsi que les personnes âgées ou immunodéprimées. Découvert en 2001, ce virus et sa pathogénèse ne restent encore aujourd’hui que partiellement caractérisés. De ce fait et malgré les besoins, il n’y a aucun vaccin ou traitement thérapeutique spécifique et efficace contre le HMPV disponible sur le marché. Dans ce contexte, mon projet de thèse s’est articulé autour de deux axes principaux: (i) L’étude de la protéine de fusion F du virus hMPV, protéine majeure antigénique de surface et responsable de l’entrée du virus dans la cellule cible. Elle a pour particularité d’induire de manière autonome la fusion membranaire in vitro et d’être associée à des effets cytopathiques variable selon les souches virales. De par son rôle clé pour le virus hMPV, la protéine F a déjà fait l’objet de plusieurs études structurales et fonctionnelles mais les déterminants de cette activité fusogénique ne sont pas encore entièrement caractérisés. Nous nous sommes donc intéressés à l’identification de déterminants du phénotype viral hyperfusogénique, localisés dans les domaines heptad repeats de la protéine F du hMPV. (ii) L’atténuation de deux souches virales cliniques (CAN98-75 et C-85473) par délétion de gènes accessoires dans le but de développer des candidats vaccinaux adaptés aux enfants en bas âge. Différents virus ont été générés par génétique inverse et les délétions des gènes accessoires SH et G dans les deux fonds génétiques viraux ont été étudiées pour leur impact sur l’infectivité, la réplication et la pathogénèse virale in vitro et in vivo ainsi que leur contribution pour le développement de virus atténués candidats vaccinaux. / Human metapneumovirus (hMPV) is a major pathogen responsible of acute respiratory tract infections, such as bronchiolitis or pneumonia, affecting especially infants, under five years old, elderly individuals and immunocompromised adults. Identified since2001, this virus and its pathogenes is still remain largely unknown and no licensed vaccines or specific antivirals against hMPV are currently available. In this context, my research project was built over two main subjects: (i) The study of the fusion F glycoprotein which is the major antigenic protein of hMPV and is responsible of viral entry into host cell. By its crucial role for the virus, the F protein has already been characterized in several structural and/or functional studies. Thus, it has been described that the hMPV F protein induces membrane fusion autonomously, resulting in variable cytopathic effects in vitro, in a strain-dependent manner. However, as the determinants of the hMPV fusogenic activity are not well characterized yet, we focused on identification of some of these, located in heptad repeats domains of the protein. (ii) The evaluation of hMPV SH and G gene deletion for viral attenuation. Live-attenuated hMPV vaccine candidates for infants’ immunization has been constructed thank to this deletion approach at the beginning of hMPV vaccine development efforts. Despite encouraging results, these candidates have not been further characterized and the importance of the viral background has not been evaluated.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie causée par l’absence de dystrophine, qui se manifeste par une dégénérescence progressive des muscles squelettiques et cardiaque. Les garçons atteints ont une espérance de vie d’environ 20 ans. Même si la prise de certains médicaments peut ralentir la progression de la maladie, il n’existe à ce jour aucune thérapie curative. La transplantation autologue de myoblastes génétiquement corrigés peut restaurer l’expression de la dystrophine, mais les myoblastes des patients DMD ont une capacité proliférative très limitée. Leur prolifération nécessite l'immortalisation avec un oncogène viral, un processus augmentant les risques associés à la transplantation de myoblastes. Les protéines fusionnées au domaine de transduction de Tat peuvent transduire les cellules en culture et plusieurs tissus in vivo. La transduction de protéines pourrait s’avérer utile dans le développement de nouvelles approches thérapeutiques. Nos objectifs étaient de tester la capacité des protéines de fusion Tat à transduire les fibres musculaires, de mieux comprendre le mécanisme de transduction, d’optimiser le ciblage efficace des cellules en culture et de développer des outils permettant l’immortalisation transitoire des myoblastes avant leur transplantation. In vivo, nos travaux indiquent que les fibres musculaires résistent à l’internalisation des protéines de fusion Tat, qui se retrouvent en périphérie associées à la matrice extracellulaire. In vitro, la distribution intracellulaire ponctuée, la cinétique d’internalisation, la sensibilité aux basses températures et l’augmentation fonctionnelle exercée par les agents lysosomotropiques révèlent un mécanisme d’endocytose classique. Ces données suggèrent que les protéines de fusion Tat, entrent par la voie endosomale, évitent les lysosomes, et sont ensuite séquestrées en périphérie du noyau. Un trafic intracellulaire inadéquat serait le principal facteur limitant l’efficacité de l’internalisation fonctionnelle des cargos fusionnés au domaine de transduction de Tat. Cette meilleure compréhension du mécanisme d’internalisation des protéines de fusion Tat, nous permit de développer une méthode efficace pour immortaliser de façon réversible les myoblastes d'un patient DMD. En utilisant un protéine de fusion Tat-Cre, nous avons déimmortalisé des myoblastes DMD transformés par l'AgT flanqué de sites LoxP. Cette technique permet de proliférer extensivement les myoblastes DMD, tout en rendant plus sécuritaire la déimmortalisation. / Duchenne muscular dystrophy (DMD) is caused by the absence of dystrophin and leads to progressive weakness in heart and skeletal muscles. Affected boys can only hope to live for 20 years since there is still no effective therapy for DMD. Autologous transplantation of genetically modified myoblasts can restore dystrophin expression, but the rapid death, the specific immune response and limited cellular migration severely limit the efficiency of the treatment. Immortalization, although a risky procedure, is necessary to proliferate myoblasts isolated from dystrophic patients, since by age five; their myogenic cells are practically senescent. Proteins and cargos fused to the Tat protein (HIV) can be internalized in cells and living tissue. The mechanism of Tat internalization is still misunderstood and controversial. Our objectives were to test the susceptibility of muscle fibers to be transduced by Tat fusion proteins, to better understand the mechanism of entry of Tat fusions, to optimize intracellular delivery and to develop techniques allowing the immortalization reversal of myoblasts using Tat-fusion proteins. The low susceptibility of muscle fibers to be transduced and the strong interaction between Tat-fusion proteins and the extracellular matrix surrounding muscle fibers resulted in poor protein delivery. Our work shows that the nuclear localization signal comprised in Tat is not sufficient to confer nuclear delivery to eGFP. The punctuate intracellular distribution, the internalization kinetics, the inhibitory effect of low temperatures and the functional increase exerted by lysosomotropic agents are coherent with a classical endocytosis internalisation mechanism. Our data suggests that Tat-fusion proteins proceed through the endosomal pathway, avoid lysosomes and are then sequestered in the periphery of the nucleus. Hence, improper intracellular trafficking is the main factor limiting the efficiency of Tat-mediated protein internalization. With a better understanding of this internalization mechanism, we were able to optimize the delivery of a Tat-Cre fusion protein to mediate the complete and efficient removal of an oncogene necessary for the proliferation of myoblasts isolated from DMD patients. Therefore this technique should help in the design of a successful treatment based on the autologous transplantation genetically-modified cells.

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.