La bactérie à Gram-négatif Pseudomonas aeruginosa est un pathogène humain opportuniste qui peut causer des infections chroniques pouvant conduire à la mort des patients, et plus particulièrement ceux atteints de la mucoviscidose. Il a été montré qu'un de ses trois systèmes de sécrétion de type VI (SST6) est actif durant les infections chroniques, le SST6-H1. P. aeruginosa est capable d'injecter des toxines de type bactériolytique directement dans le périplasme des autres bactéries à Gram-négatif grâce au SST6-H1, ce qui laisse penser que cette nanomachine pourrait être capitale dans la compétitivité de P. aeruginosa dans les niches polymicrobiennes, comme par exemple un poumon infecté. Cette nanomachine insérée dans l'enveloppe bactérienne est régulée au niveau post-traductionnel par une voie de phosphorylation ressemblant à celles des eucaryotes. Cette voie est constituée par une kinase, PpkA, et une phosphatase, PppA, qui modulent ensemble le niveau de phosphorylation de la protéine Fha1. Nous avons démontré que quatre protéines spécifiques de Pseudomonas appelées TagT, TagS, TagR et TagQ, agissent en amont du couple PpkA/PppA, et sont indispensables pour l'activation du SST6-H1. De plus, elles sont aussi nécessaires lors de compétitions entre P. aeruginosa et d'autres bactéries. Nous avons montré que TagR, connue comme étant une protéine périplasmique, est en fait associée à la membrane externe et cette localisation dépend de TagQ, une lipoprotéine ancrée dans le feuillet interne de la membrane externe. TagT et TagS forment un transporteur de type ABC qui a une activité d'ATPase. L'association de TagR à la membrane externe a été mise en évidence par des études de protéomique à haut débit qui avaient pour but la caractérisation des membranes externe et interne de P. aeruginosa. Grâce à l'analyse des résultats, unmodèle de l'assemblage du SST6-H1 au sein de l'enveloppe a pu être proposé. Ce travail a permis l'identification de plus de 1700 protéines, parmi elles un complexe multi-protéique incluant MagD, une protéine homologue à la macroglobuline humaine. Les résultats obtenus lors de la caractérisation de ce complexe sont aussi présentés dans ce manuscrit.

L'autisme est un trouble du développement du système nerveux central défini par des altérations des interactions sociales et de la communication, et par des comportements restreints et répétitifs. Sa prévalence est actuellement évaluée jusqu'à 1% dans la population générale. L'autisme est caractérisé par une grande hétérogénéité sur les plans phénotypiques et génétiques. À ce jour, plus de 300 gènes candidats ont été caractérisés soit par des variations du nombre de copies (CNV) et/ou des variations nucléotidiques (SNV). Leur identification a permis de mettre en évidence une contribution significative de mutation de novo, ainsi que l'implication de voies physiopathologiques cibles, en particulier la densité post-synaptique (PSD). / Autism is a developmental disorder of the central nervous system defined by impairments in social interaction and communication, and by restricted and repetitive behavior. Its prevalence is currently estimated at around 1% in the general population. Autism is characterized by a wide heterogeneity at both phenotypic and genetic level. To date, more than 300 candidate genes were characterized either by copy number variations (CNV) and/or nucleotide variations (SNV). Their identification has highlighted a significant contribution of de novo mutations, as well as the involvement of targeted pathophysiological pathways, particularly post-synaptic density (PSD).

La bactérie à Gram-négatif Pseudomonas aeruginosa est un pathogène humain opportuniste qui peut causer des infections chroniques pouvant conduire à la mort des patients, et plus particulièrement ceux atteints de la mucoviscidose. Il a été montré qu‘un de ses trois systèmes de sécrétion de type VI (SST6) est actif durant les infections chroniques, le SST6-H1. P. aeruginosa est capable d'injecter des toxines de type bactériolytique directement dans le périplasme des autres bactéries à Gram-négatif grâce au SST6-H1, ce qui laisse penser que cette nanomachine pourrait être capitale dans la compétitivité de P. aeruginosa dans les niches polymicrobiennes, comme par exemple un poumon infecté. Cette nanomachine insérée dans l'enveloppe bactérienne est régulée au niveau post-traductionnel par une voie de phosphorylation ressemblant à celles des eucaryotes. Cette voie est constituée par une kinase, PpkA, et une phosphatase, PppA, qui modulent ensemble le niveau de phosphorylation de la protéine Fha1. Nous avons démontré que quatre protéines spécifiques de Pseudomonas appelées TagT, TagS, TagR et TagQ, agissent en amont du couple PpkA/PppA, et sont indispensables pour l'activation du SST6-H1. De plus, elles sont aussi nécessaires lors de compétitions entre P. aeruginosa et d'autres bactéries. Nous avons montré que TagR, connue comme étant une protéine périplasmique, est en fait associée à la membrane externe et cette localisation dépend de TagQ, une lipoprotéine ancrée dans le feuillet interne de la membrane externe. TagT et TagS forment un transporteur de type ABC qui a une activité d'ATPase. L'association de TagR à la membrane externe a été mise en évidence par des études de protéomique à haut débit qui avaient pour but la caractérisation des membranes externe et interne de P. aeruginosa. Grâce à l'analyse des résultats, unmodèle de l'assemblage du SST6-H1 au sein de l'enveloppe a pu être proposé. Ce travail a permis l'identification de plus de 1700 protéines, parmi elles un complexe multi-protéique incluant MagD, une protéine homologue à la macroglobuline humaine. Les résultats obtenus lors de la caractérisation de ce complexe sont aussi présentés dans ce manuscrit. / Pseudomonas aeruginosa is a human opportunistic pathogen that can cause severe infections and death in chronically infected cystic fibrosis (CF) patients. It has been shown that one of its three Type VI Secretion Systems (T6SS), the H1-T6SS, is active during chronic infections in CF patients. P. aeruginosa injects bacteriolytic toxins directly into other Gram-negative bacteria by means of its H1-T6SS, which could be of high importance in its outcome in complex niches such as an infected lung. This trans-envelope nanomachine is posttranslationally regulated by a eukaryotic-like phosphorylation pathway, which includes a kinase-phosphatase pair, PpkA and PppA, respectively. In this work, TagT, TagS, TagR and TagQ, Pseudomonas specific T6SS proteins that are encoded in the same operon as Ppka, PppA and Fha1, were analysed functionally and biochemically. We found that these four proteins are indispensable for the activation of H1-T6SS, by acting upstream of the phosphorylation checkpoint. Moreover, they were also needed for intra- and inter-species fitness mediated by H1-T6SS. We discovered that TagR, a periplasmic protein, associates with the outer membrane (OM) of P. aeruginosa in a TagQ-dependent manner. TagQ is an OM lipoprotein that faces the periplasm. TagT and TagS form a membrane-bound complex, an ABC transporter, with ATPase activity. TagR association with the OM was discovered by shotgun mass spectrometry analyses of the OM and the inner membrane (IM) of P. aeruginosa. In this work, the IM and OM sub-proteomes of P. aeruginosa are also presented, with highlights on T6SS global assembly. Moreover, these two sub-proteomes allowed the identification of a novel envelope-associated complex with macroglobulin-like protein, MagD. The studies concerning this protein and its partners in P. aeruginosa are also presented in this manuscript.

Le latex de Carica papaya est un milieu riche en cystéine protéinases. Celles-ci ont été régulièrement utilisées en cosmétique ou pour l’attendrissement de la viande. Mais ces protéines ont aussi un intérêt pharmaceutique. En effet, le latex est bien connu pour posséder une activité antifongique mais aussi une activité anthelminthique. Ces effets sont régulièrement attribués aux cystéine protéinases qui se trouvent en concentration importante dans le latex. Malgré ces concentrations importantes en protéinases, d’autres protéines restent actives dans ce milieu. C’est le cas de la glutamine cyclase, qui a été extraite intacte de ce milieu et cristallisée. Sa structure nous a révélé une architecture particulière en ‘’&61538;-propeller‘’ à cinq pales avec double fermeture. Cette structure lui confère sa très grande stabilité. <p>Les industries pharmaceutiques sont aussi à la recherche de protéines très stables et résistantes aux protéinases endogènes. Nous avons donc entrepris l’étude du protéome de Carica papaya afin de mettre en évidence d’autres protéines minoritaires relativement stables pouvant conférer au latex son activité anthelminthique. Cette analyse a permis la mise en évidence de différentes protéines appartenant à diverses familles des « pathogenesis related protéins » (PR-proteins): une &61538;-1,3 glucosidase, une analogue à la barwin, une thaumatine et deux chitinases.<p>Nous nous sommes particulièrement intéressés à ces deux dernières au cours de cette thèse. Une caractérisation de ces deux protéines a permis de montrer que celles-ci étaient bien deux protéines distinctes, identifiées comme chitinases majeure et mineure selon leur abondance dans le latex. Elles sont relativement stables et résistantes à la protéolyse. Une analyse de la séquence de la chitinase majeure a montré que celle-ci était homologue à la chitinase issue de l’orge et une analyse de sa structure révèle la présence d’une grande concentration en prolines localisées principalement dans les neuf boucles de sa structure. Cela pourrait expliquer sa grande résistance vis à vis des cystéine protéinases.<p>La cristallisation de cette même chitinase en présence de N-acétyl-glucosamine comme additif, a conduit à une structure contenant trois molécules de GlcNac, deux dans le centre actif de notre protéine et une participant au réseau cristallin. Aucune structure de chitinase n’avait encore pu être obtenue en co-cristallisation avec un substrat. A partir des deux GlcNac observés dans le centre actif, nous avons reconstruit un complexe chitinase/(GlcNac)4. L’analyse de ce complexe a permis de mettre en évidence de nouvelles interactions entre (GlcNac)4 et les acides aminés du centre actif ainsi que de confirmer le mécanisme de la famille GH 19.<p> Des tests préliminaires sur nématodes ont finalement confirmé l’activité anthelminthique du latex et montré que la chitinase pouvait aussi être un bon nématocide<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La spermatogenèse chez les mammifères est une fonction biologique complexe incluant des processus de prolifération cellulaire, de méiose et de différenciation uniques visant à la production des gamètes mâles au sein du testicule. Si l’épithélium séminifère est bien décrit sur le plan de son organisation et de la morphologie des cellules qui le composent, les processus par lesquels les cellules germinales diploïdes indifférenciées entrent en méiose pour donner ensuite des cellules haploïdes subissant par la suite de nombreuses transformations morphologiques, ne sont pas totalement décryptés. Ils reposent sur l’expression coordonnée et séquentielle de gènes dont les produits spécifiques de chaque stade de développement des cellules germinales sont essentiels aux étapes clés de la spermatogenèse. La transcriptomique depuis les années 1990 et la protéomique depuis les années 2000 ont contribué à l’amélioration de la connaissance de ces mécanismes. Une étude protéomique visant à caractériser par des approches systématiques et différentielles les protéomes des cellules de Sertoli et de la lignée germinale, et d’autre part une étude récente, réalisée dans notre unité, qui a permis de caractériser et de quantifier le transcriptome des cellules testiculaires isolées de rat en utilisant le séquençage de novo des transcrits (RNA-Seq), ont été à la base de mes travaux de thèse. Cette dernière étude a mis en évidence l’accumulation de longs ARNs non codants (lncRNAs) et de transcrits testiculaires non annotés (TUTs) aux stades méiotique et post- méiotique de la spermatogenèse chez le rat. Dans ce contexte, mon travail a consisté à valider le potentiel codant de nombreux gènes exprimés dans les cellules germinales par une approche dite PIT (Proteomics Informed by Transcriptomics) couplant protéomique Shotgun et RNA-Seq. Dans ce type d’approche, les séquences protéiques déduites des transcrits des différents types cellulaires, assemblés par RNA-Seq, sont intégrées dans une base personnalisée de séquences protéiques utilisée pour interroger les données de spectrométrie de masse obtenues à partir de protéines de cellules méiotiques et post-Méiotiques. L’approche PIT a permis de montrer que 69 TUTs ou lncRNA (correspondant à 44 loci) codent pour des protéines dans les cellules méiotiques et post méiotiques. L’expression post-Méiotique de deux nouveaux transcrits, l’un codant pour la protéine VAMP9, une protéine de la famille SNARE, et l’autre pour une nouvelle énolase T-ENOL a pu être confirmée. L’expression post-Méiotique de T-ENOL a été confirmée par immunohistochimie à l’aide d’un anticorps polyclonal produit contre la protéine recombinante. Cette approche nous a également permis d’identifier de nouvelles isoformes de protéines connues spécifiques de chaque stade de la spermatogenèse. Les cellules germinales et les cellules de Sertoli entretiennent le dialogue nécessaire au bon déroulement de la spermatogenèse. Une autre partie de mon travail a consisté à identifier des protéines membranaires des cellules germinales et des corps résiduels, susceptibles d’intervenir dans le dialogue entre les cellules de Sertoli et les cellules germinales, par une approche protéomique de quantification relative ICPL. Cette approche a permis d’établir une liste de 166 protéines différentiellement exprimées entre les spermatocytes pachytène, les spermatides rondes et les corps résiduels, qui sont susceptibles de jouer un rôle dans la spermiogénèse. Grâce aux annotations de le Gene Ontology, j’ai pu établir une liste de 8 protéines ayant un rôle supposé dans la transduction du signal, la reconnaissance cellulaire ou bien la différenciation. Par ailleurs, j’ai pu établir par protéomique Shotgun un premier protéome des cellules de Sertoli, des cellules germinales et des corps résiduels chez le rat. / Spermatogenesis in mammals is a complex biological function including cellular processes such as proliferation, meiosis and differentiation, aiming to the production of male gametes in the testis. If the seminiferous epithelium is well described in terms of organization and cellular morphology of cells that compose it, the processes by which undifferentiated diploid germ cells enter meiosis and give haploid cells that undergo many morphological transformations, are not fully decrypted. These processes rely on the coordinated and sequential expression of genes, including specific products for each stage of germ cell development These gene products are essential at each key stage of spermatogenesis. Transcriptomics since the 1990s, and proteomics since the 2000s have contributed to the improved. understanding of these mechanisms. A long term proteomic study aiming at characterizing the proteomes of Sertoli cells and germ cells, and a recent study that characterized and quantified the transcriptome of isolated rat testicular cells at high resolution using de novo sequencing of transcripts (RNA-Seq), have been the basis of my thesis work. The latter study showed the accumulation of long non-Coding RNAs (lncRNAs) and testicular unannotated transcripts (TUTs) at meiotic and post-Meiotic stages of spermatogenesis in the rat. In this context, my thesis work aimed at validating the coding potential of many genes expressed in germ cells using RNA-Seq combined with shotgun proteomics, a so-Called PIT (Proteomics Informed by transcriptomics) approach. In this approach, the protein sequences translated from the transcripts assembled by RNA-Seq in the different testicular cell types are integrated into a custom database of protein sequences used to query mass spectrometry data obtained from proteins of meiotic and post-Meiotic cells. The PIT approach showed that 69 TUTs or lncRNA (corresponding to 44 loci) code for proteins in meiotic cells and post meiotic cells, and we confirmed experimentally the meiotic and post-Meiotic expression for two new transcripts encoding for VAMP9, a protein of the SNARE family, and a new testicular enolase T-ENOL. The post-Meiotic expression of T-ENOL protein was confirmed by immunohistochemistry using a polyclonal antibody raised against the recombinant protein. This approach also allowed us to identify new isoforms of known proteins, specific to each stage of spermatogenesis. Germ cells and Sertoli cells maintain a dialogue which is necessary to the success of spermatogenesis and spermiogenesis. Another part of my work aimed at identifying membrane proteins, in germ cells and residual bodies, that may be involved in the dialogue between Sertoli cells and germ cells, using a ICPL relative quantification proteomic approach. The ICPL analysis enabled us to establish a list of 166 proteins whose expression is differential between pachytene spermatocytes, round spermatids and residual bodies. Their differential expression suggests that these proteins may play a role in spermiogenesis. Thanks to the Gene Ontology annotations, a list of 8 proteins with a putative role in signal transduction, cell recognition or differentiation, thus potentially involved in the dialogue between Sertoli and germ cells was drawn. In addition, I provided a first proteome of rat Sertoli cells, germ cells and residual bodies obtained by shotgun proteomics.

Les glioblastomes sont des tumeurs au pronostic défavorable. L’échec des thérapies est lié à la présence de cellules souches cancéreuses (CSCs), résistantes aux traitements ; la caractérisation de ces cellules et l’identification de biomarqueurs sont donc primordiales. Le calcium contrôle de nombreux processus cellulaires ; parmi les éléments majeurs de la signalisation calcique, la Calmoduline (CaM) est impliquée dans différentes pathologies, dont des cancers, et est un puissant régulateur de l’état physiologique d’une cellule. CaM interagit avec de nombreuses protéines impliquées dans la régulation de l’homéostasie calcique de la cellule. Nous avons cherché à identifier et caractériser des antagonistes de CaM, inhibant différentiellement ces interactions. L’utilisation de ces antagonistes en tant que perturbateurs de l’homéostasie calcique a permis de mettre en évidence un marqueur caractérisé des CSCs de glioblastomes. D’autre part, l’étude comparée du protéome membranaire de CSCs issues de glioblastomes a permis de mettre en évidence la surexpression de clusters de différenciation et protéines impliquées dans la signalisation calcique. Ces protéines sont de potentiels marqueurs moléculaires des CSCs de glioblastome. / Glioblastomas are malignant tumor of poor prognosis. Therapeutic failure might be supported by cancer stem cells (CSCs); characterization of these cells and biomarkers identification are of most importance. Calcium controls numerous cellular process; beyond major elements of calcium signaling, Calmodulin (CaM) is involved in different pathologies and tumors, and is a powerful regulator of cell physiological state. CaM interacts with a plethora of proteins involved in cell calcium homeostasis regulation. We aimed at identifying and characterizing CaM antagonists, capable of differentially inhibiting these interactions. The use of these antagonists in calcium homeostasis disturbance led to the identification of a characterized marker of glioblastomas CSCs. In another approach, the comparative study of glioblastomas CSCs membrane proteome uncovered the overexpression of differentiation clusters and proteins involved in calcium signaling. These proteins are potential molecular biomarkers for glioblastomes CSCs.

Les urgences écologiques actuelles, résultant des dérives de l'industrialisation et de la mondialisation, mènent la recherche fondamentale à se préoccuper hâtivement de la biologie de certains organismes comme les dinoflagellés. Ces organismes sont à la base de la chaîne alimentaire, et certaines espèces sont impliquées dans la formation des récifs coralliens. De plus, la prolifération incontrôlée de certaines espèces de dinoflagellés engendrée par l'eutrophisation industrielle est responsable des marées rouges qui menacent d'une part la flore et la faune aquatiques. Certaines des toxines produites par ces efflorescences algales ont un effet sur la santé publique, car elles peuvent rendre dangereuse la consommation alimentaire de poissons ou de fruits de mer contaminés. Nous avons examiné le comportement de l’espèce Lingulodinium polyedra à travers des cycles diurnes. Dans un premier projet, le protéome dans des extraits d'algues récoltés sur un cycle de 24 heures en conditions de 12 heures de jour suivies de 12 heures de nuit (un cycle LD) a été examiné. Nous avons identifié treize protéines clés qui ont montré des variations quantitatives synchronisées avec les temps de réalisation des rythmes biologiques les impliquant. Deux protéines déjà connues de varier faisait partie de ce groupe, tandis que les autres protéines sont impliquées dans des processus rythmiques nouveaux. Nous avançons l’hypothèse qu’une augmentation quantitative des protéines clés permettrait à l'accomplissement des différents processus cellulaires à différents moments de la journée. Dans un second projet, nous avons examiné la vitesse de synthèse des protéines qui pourrait expliquer ces variations quantitatives protéiques. En appliquant la technique du profilage ribosomal ( « ribosome profiling ») sur des échantillons algaux collectés d’abord à trois temps, puis ensuite sur tout le cycle LD, nous avons confirmé des variations de vitesse de synthèse des protéines identifiées dans notre étude protéomique et des protéines dont la vitesse de synthèse a déjà été mesurée par l’incorporation de méthionine radioactive in vivo. De plus, nous avons identifié plusieurs milliers d’autres séquences dont la vitesse de synthèse varie. Une classification des séquences dans les catégories GO nous a permis d’identifier un rythme diurne dans la synthèse des acides aminés qui pourrait aider à comprendre le métabolisme du nitrate. Nous proposons que des variations de vitesse de synthèse entraînent des augmentations quantitatives des protéines aux niveaux inférieurs à ce que l’on a pu détecter par la spectroscopie de masse. La variation dans les niveaux de protéines clés pourrait aider l'accomplissement des rythmes diurnes chez le dinoflagellé Lingulodinium. Ces avancées dans la compréhension de la régulation des rythmes biologiques du dinoflagellé Lingulodinium d'une part permettront de mieux penser la recherche concernant la lutte écologique contre les marées rouges et d'autre part ouvriront de nouvelles perspectives dans l'entendement de la régulation des rythmes biologiques des autres organismes y compris ceux de l'Homme dont les troubles impliquent de nombreuses maladies. / Industrialization and globalization has led to industrial eutrophication in many regions of the oceans resulting in different types of ecological emergencies. One of these is the uncontrolled proliferation of dinoflagellates which are responsible for the harmful algal blooms called “red tides”. Certain species release toxins which can harm aquatic flora and fauna and, through consumption of contaminated fish or seafood, can affect public health. Dinoflagellates are also at the base of the food chain in the marine environment, and certain species form symbioses with anthozoans thus allowing growth of coral reefs. There is thus a strong need for fundamental research on dinoflagellate biology. Using the dinoflagellate Lingulodinium polyedra as a model, we have examined how cells adapt to the daily changes in light and dark. In particular we have examined changes in protein amounts as well as changes in protein synthesis rates to gain insight into how cells differ during the day and night. In a first project, the daily proteome was examined by mass spectrometry using algae extracts harvested over a 24 hour cycle in conditions of 12 hours of day followed by 12 hours of night. Key proteins involved in biological rhythms have shown quantitative variations synchronized with the times of the biological rhythms involving them, ie a quantitative increase in key proteins is necessary for the accomplishment of the various cellular processes. Thirteen proteins were identified, of which two were previously documented to change in amount over the daily cycle. In a second project we addressed the origin of these quantitative protein variations. By applying the technique of ribosome profiling on algal samples, first collected in triplicate at three times and then at two hour intervals throughout the 24 h cycle, we have identified iv variations in the synthesis rate of thousands of proteins. These include the proteins found in the proteomic analysis as well as four proteins whose synthesis rate variations had already been observed using in vivo metabolic labeling. Interestingly, classification of the regulated proteins into GO categories also revealed a late night increase in the synthesis of many amino acid biosynthetic enzymes, potentially linking amino acid synthesis associated with the daily metabolism of nitrate. These advances in our understanding of the regulation of the daily rhythms of the dinoflagellate Lingulodinium will provide new tools in the ecological fight against red tides. They may also open new perspectives in understanding the daily rhythms of other organisms.

Les mitochondries, organelles d’origine bactérienne, sont trouvées dans les cellules de presque tous les organismes eucaryotes. Elles exercent des rôles centraux dans les fonctions cellulaires tels que la production d’énergie, la signalisation cellulaire et l’apoptose et ont aussi un impact sur le vieillissement ainsi que certains cancers et maladies neurodégénératives. Chez l’humain et les mammifères en général, le génome mitochondrial est une molécule d’ADN double brin circulaire composée de 37 gènes. Seulement 13 de ces gènes codent des protéines mitochondriales et les 24 autres produisent 22 ARNt (ARN de transfert) et 2 ARNr (ARN ribosomal) qui sont nécessaires à la traduction des 13 protéines mitochondriales. L’ADNmt (ADN mitochondrial) étant très compact, ceci suggère qu’il y a peu de possibilités pour des nouveautés évolutives. Cependant, de récentes recherches ont permis de révéler la présence de près d’une dizaine de petits ORF (cadres de lecture ouverts) fonctionnels à l’intérieur des gènes mitochondriaux 12S ARNr et 16S ARNr. Ceci remet en question la complexité du génome mitochondrial et montre que son potentiel codant a été sous-estimé. Une analyse approfondie du génome mitochondrial humain a révélé la présence de 227 séquences potentiellement traduites en protéines mitochondriales à travers l’ensemble du génome. Dans cette étude, nous avons sélectionné 9 de ces 227 séquences afin de déterminer si effectivement, elles produisent un peptide identifiable. Pour ce faire, des expériences d’immunobuvardage, d’immunofluorescence et d’immunoprécipitation ont été réalisées sur des cellules HeLa et des cellules HEK293T. Ces expériences ont permis d’identifier une protéine mitochondriale alternative nommée MTALTND4 dont la séquence codante est trouvée à l’intérieur du gène nd4, dans un cadre de lecture alternatif. MTALTND4 est traduite dans la mitochondrie et peut être exportée dans le cytoplasme ainsi qu’à l’extérieur de la cellule puisqu’elle a été retrouvée dans le plasma humain. Bien que la fonction de cette protéine n’ait pas encore été confirmée, des résultats préliminaires indiquent qu’elle a un impact sur la respiration cellulaire. MTALTND4 diminue la respiration mitochondriale et nos résultats suggèrent que son action serait induite par l’hypoxie. La découverte de ce nouveau gène mitochondrial humain confirme que le potentiel codant du génome mitochondrial est beaucoup plus vaste que ce que nous croyions. Il existe fort probablement encore plusieurs autres protéines mitochondriales dont les effets pourraient se révéler d’une grande importance. En effet, plusieurs des protéines dérivées du génome mitochondrial découvertes à ce jour ont des impacts majeurs au niveau du métabolisme et pourraient agir en tant que molécules thérapeutiques importantes. Nos résultats amènent à repenser l’évolution et les pressions de sélection exercées sur le génome mitochondrial et ouvrent la porte à de nombreuses recherches futures qui permettront de re-caractériser le génome mitochondrial et d’avoir une compréhension encore plus approfondie du rôle des mitochondries dans les fonctions cellulaires. / Mitochondria, organelles of bacterial origin, are found in almost every eukaryotic organism and play a central role in cellular functions such as energy production, cellular signaling and apoptosis and are also known to have an impact on aging, certain cancers and neurodegenerative diseases. In humans and mammals in general, the mitochondrial DNA is a small double-stranded circular molecule coding for only 37 genes. Only 13 of them code for mitochondrial proteins and the other 24 genes produce 22 tRNAs (transfer RNA) and 2 rRNAs (ribosomal RNA) necessary for the translation of the 13 protein coding genes. The extremely compact nature of mtDNA (mitochondrial DNA) suggests that there is little room for evolutionary novelties. However, recent research revealed the presence of about ten small functional ORFs inside the mitochondrial genes 12S rRNA and 16S rRNA. This calls into question the complexity of the mitochondrial genome and shows that its coding potential has been greatly underestimated. A thorough examination of the human mitochondrial genome revealed the presence of 227 sequences potentially translated into mitochondrial alternative proteins across the entire genome. In this study, we selected 9 of the 227 sequences to determine if they indeed produce identifiable peptides. This was done by immunoblotting, immunofluorescence and immunoprecipitation experiments on HeLa and HEK293T cells. These experiments allowed us to identify one alternative protein named MTALTND4 whose coding sequence is found inside the nd4 gene, in an alternative sequence. MTALTND4 is translated inside the mitochondria and can be exported in the cytoplasm as well as outside the cell since it has been found in human plasma. Although the function of this protein has not yet been confirmed preliminary results indicate its impact on cellular respiration. MTALTND4 decreases mitochondrial respiration and our results suggest that its action could be induced by hypoxia. The discovery of this new human mitochondrial gene confirms that the coding potential of the mitochondrial genome is much larger than we thought. There are most likely still many other mitochondrial proteins whose effects could prove to be of great importance. Indeed, several of the mitochondrial derived proteins discovered to date have major impacts on metabolism and could act as important therapeutic molecules. Our results lead to rethink the evolution and the selection pressures exerted on the mitochondrial genome and open the door to many future researches which will allow to re-characterize the mitochondrial genome and to have an even deeper understanding of the role of mitochondria in cellular functions.

Chez les cellules eucaryotes, la mitochondrie est une organelle impliquée dans plusieurs fonctions cellulaires (production d’énergie, apoptose, production de ROS, prolifération, signalisation cellulaire, vieillissement, immunité et plus encore) et possédant son propre génome, soit l’ADN mitochondrial (ADNmt). Chez l’humain, on croyait que l’ADNmt ne codait que pour 37 gènes impliqués dans la production d’énergie et la traduction mitochondriale. Cependant, le potentiel codant du génome mitochondrial aurait été sous-estimé. Il a récemment été démontré qu’à l’intérieur de ces principaux gènes connus pouvaient se cacher plusieurs petits gènes alternatifs. Ceux-ci se retrouvent au sein de régions non codantes ou possèdent des séquences d’initiation ou de terminaison de la traduction distinctes de celles du gène de référence dans lequel ils se retrouvent. Ils codent pour des micropeptides dérivés des mitochondries qui possèdent un large éventail de fonctions, s’ajoutant à la longue liste de fonctions dans lesquelles la mitochondrie est déjà impliquée. Parmi ces peptides, on retrouve l’Humanine, MOTS-c, SHLP1-6, Gau et SHMOOSE. Nous avons précédemment découvert un nouveau gène alternatif situé dans le gène nd4, nommé mtaltnd4. Dans cette étude, nous visions à clarifier les fonctions du peptide alternatif correspondant MTALTND4 en étudiant son patron d’expression dans les tissus humains, l’impact de plusieurs stress sur son expression, l’impact du peptide sur la transcription des gènes, et ses partenaires d’interaction. Nous avons découvert que MTALTND4 pourrait être une molécule de signalisation sécrétée par les cellules en réponse au stress et affectant la physiologie pour induire un état de dépression bioénergétique en réduisant les processus de production et de demande en ATP. Plusieurs autres indices révélés par nos expériences suggèrent que MTALTND4 pourrait être une protéine multifonctionnelle impliquée dans de nombreuses voies de régulation. / In eukaryotic cells, mitochondria are organelles involved in many cellular functions (energy production, apoptosis, ROS production, proliferation, cell signaling aging, immunity and more) and that possess their own genome, namely mitochondrial DNA (mtDNA). In humans, mtDNA was believed to encode only 37 genes involved in energy production and mitochondrial translation. However, the coding potential of the mitochondrial genome has been underestimated. It has recently been shown that within these main genes could hide several small alternative genes (i.e., genes withing non-coding regions or with translation initiation/termination sequences that are distinct from the reference gene sequences in which they are found). They code for mitochondrial-derived micropeptides (MDPs) that have a broad spectrum of functions, adding to the extensive list of functions in which mitochondria are already involved. These peptides include Humanine, MOTS-c, SHLP1-6, Gau and SHMOOSE. We have previously discovered a new alternative gene located in the nd4 gene, termed mtaltnd4. In this study, we aim to clarify the functions of the corresponding alternative peptide MTALTND4 by studying its expression pattern in human tissues, the impact of several stresses on its expression, the impact of the peptide on gene transcription, and its interaction partners. We have found that MTALTND4 could be a signaling molecule secreted by cells in response to stress and would affect physiology to induce a state of bioenergetic depression by reducing ATP-producing and ATP-demanding processes. Several other clues revealed by our experiments suggest that MTALTND4 could be a multifunctional protein involved in numerous regulatory pathways.

Les leucémies myéloïdes aigües résultent d’un dérèglement du processus de l’hématopoïèse et regroupent des maladies hétérogènes qui présentent des profils cliniques et génétiques variés. La compréhension des processus cellulaires responsables de l’initiation et du maintien de ces cancers permettrait de développer des outils thérapeutiques efficaces et ciblés. Au cours des dernières années, une quantité croissante d’anomalies génétiques reliées au développement de leucémies ont été corrélées à une expression anormale des gènes HOX et de leurs cofacteurs MEIS et PBX. Des modèles expérimentaux murins ont confirmé le rôle direct joué par ces protéines dans le développement de leucémies. En effet, la protéine MEIS1 collabore avec HOXA9 dans la leucémogenèse et requiert pour ce faire trois domaines distincts. Deux de ces domaines sont conservés chez PREP1, un membre de la même classe d’homéoprotéine que MEIS1. En utilisant une approche de gain-de-fonction, j’ai confirmé l’importance du rôle joué par le domaine C-terminal de MEIS1 dans l’accélération des leucémies induites par HOXA9. J’ai également montré que l’activité de ce domaine était corrélée avec une signature transcriptionnelle associée à la prolifération cellulaire. J’ai ensuite réalisé un criblage à haut débit afin d’identifier des antagonistes de l’interaction MEIS-PBX, également essentielle à l’accélération des leucémies HOX. À cette fin, j’ai développé un essai de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET) permettant de détecter la dimérisation MEIS-PBX dans les cellules vivantes. Plus de 115 000 composés chimiques ont été testés et suite à une confirmation par un essai orthogonal, une vingtaine de molécules ont été identifiées comme inhibiteurs potentiels. Ces composés pourront être rapidement testés sur la prolifération de cellules leucémiques primaires dans un contexte d’étude préclinique. Finalement, deux approches protéomiques complémentaires ont permis d’identifier des partenaires potentiels de MEIS1 et PREP1. La catégorisation fonctionnelle de ces candidats suggère un nouveau rôle pour ces homéoprotéines dans l’épissage de l’ARN et dans la reconnaissance de l’ADN méthylé. / Acute myeloid leukemias are the result of a perturbed hematopoietic process and regroup heterogeneous diseases with distinct clinical and genetic profiles. Identifying and understanding the faulty cellular processes would allow the development of targeted and efficient therapeutic tools. Over the last 15 years, a growing number of disease-linked genetic anomalies have been correlated with abnormal expression levels of HOX genes and their cofactors MEIS and PBX. Mouse model experimentations revealed a direct role for these proteins in leukemogenesis. Indeed, the protein MEIS1 collaborates with HOXA9 in the acceleration of leukemia development. This specific function requires the presence of three different domains, two of which are highly conserved in PREP1, another member of the MEIS class of homeoproteins. Using a gain-of-function approach, I confirmed the importance of the C-terminal domain of MEIS1 in the acceleration of HOXA9-induced leukemias. I also correlated the activity of this domain with a transcriptional signature related to cell proliferation. Furthermore, I performed a high-throughput screen to identify antagonists of the MEIS-PBX interaction, also required for acceleration of HOX-induced leukemogenesis. In this regard I developed an assay that exploits bioluminescence resonance energy transfer (BRET) to monitor the MEIS-PBX dimerization in living cells. More than 115 000 compounds were tested and upon confirmation of their activity using an orthogonal assay, 20 small molecules were identified as potential inhibitors. These compounds will be rapidly tested on proliferation of primary leukemic cells in a preclinical setting. Finally two complementary proteomic approaches allowed the identification of new potential partners of MEIS1 and PREP1. The functional clustering of these candidates suggests a new role for homeoproteins in mRNA splicing and methylated DNA recognition.