Introduction: L'homéostasie du cholestérol est indispensable à la synthèse de la testostérone dans le tissu interstitiel et la production de gamètes mâles fertiles dans les tubules séminifères. Les facteurs enzymatiques contribuent au maintien de cet équilibre intracellulaire du cholestérol. L'absence d'un ou de plusieurs enzymes telles que la HMG-CoA réductase, la HSL et l'ACAT-1 a été associée à l'infertilité masculine. Toutefois, les facteurs enzymatiques qui contribuent au maintien de l'équilibre intra-tissulaire du cholestérol n'ont pas été étudiés. Cette étude a pour but de tester l'hypothèse que le maintien des taux de cholestérol compatibles avec la spermatogenèse nécessite une coordination de la fonction intracellulaire des enzymes HMG-CoA réductase, ACAT1 et ACAT2 et la HSL. Méthodes: Nous avons analysé l'expression de l’ARNm et de la protéine de ces enzymes dans les fractions enrichies en tubules séminifères (STf) de vison durant le développement postnatal et le cycle reproductif annuel et dans les fractions enrichies en tissu interstitiel (ITf) et de STf durant le développement postnatal chez la souris. Nous avons développé deux nouvelles techniques pour la mesure de l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de celle de l'ACAT1 et ACAT2. En outre, l'immunohistochimie a été utilisée pour localiser les enzymes dans le testicule. Enfin, les souris génétiquement déficientes en HSL, en SR-BI et en CD36 ont été utilisées pour élucider la contribution de la HMG-CoA réductase, l'ACAT1 et l'ACAT2 et la HSL à l'homéostasie du cholestérol. Résultats: 1) HMG-CoA réductase: (Vison) La variation du taux d’expression de l’ARNm de la HMG-CoA réductase était corrélée à celle de l'isoforme de 90 kDa de la protéine HMG-CoA réductase durant le développement postnatal et chez l'adulte durant le cycle reproductif saisonnier. L'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase augmentait de façon concomitante avec le taux protéinique pour atteindre son niveau le plus élevé à 240 jours (3.6411e-7 mol/min/μg de protéines) au cours du développement et en Février (1.2132e-6 mol/min/μg de protéines) durant le cycle reproductif chez l’adulte. (Souris), Les niveaux d'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase étaient maximales à 42 jours. A l'opposé, le taux protéinique diminuait au cours du développement. 2) HSL: (Vison), l'expression de la protéine de 90 kDa de la HSL était élevée à 180- et 240 jours après la naissance, ainsi qu'en Janvier durant le cycle saisonnier chez l'adulte. L'activité enzymatique de la HSL augmentait durant le développement pour atteindre un pic à 270 jours (36,45 nM/min/μg). Chez l'adulte, l'activité enzymatique de la HSL était maximale en Février. (Souris) Le niveau d’expression de l'ARNm de la HSL augmentait significativement à 21-, 28- et 35 jours après la naissance concomitamment avec le taux d'expression protéinique. L'activité enzymatique de la HSL était maximale à 42 jours suivie d'une baisse significative chez l'adulte. 3) ACAT-1 et ACAT-2: Le présent rapport est le premier à identifier l’expression de l'ACAT-1 et de l'ACAT-2 dans les STf de visons et de souris. (Vison) L'activité enzymatique de l'ACAT-2 était maximale à la complétion du développement à 270 jour (1190.00 CPMB/200 μg de protéines) et en janvier (2643 CPMB/200 μg de protéines) chez l'adulte. En revanche, l'activité enzymatique de l'ACAT-1 piquait à 90 jours et en août respectivement durant le développement et chez l'adulte. (Souris) Les niveaux d'expression de l'ARNm et la protéine de l'ACAT-1 diminuait au cours du développement. Le taux de l'ARNm de l'ACAT-2, à l’opposé du taux protéinique, augmentait au cours du développement. L'activité enzymatique de l'ACAT-1 diminuait au cours du développement tandis que celle de l'ACAT-2 augmentait pour atteindre son niveau maximal à 42 jours. 4) Souris HSL-/ -: Le taux d’expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase diminuaient significativement dans les STf de souris HSL-/- comparés aux souris HSL+/+. Par contre, les taux de l'ARNm et les niveaux des activités enzymatiques de l'ACAT-1 et de l'ACAT-2 étaient significativement plus élevés dans les STf de souris HSL-/- comparés aux souris HSL+/+ 5) Souris SR-BI-/-: L'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de l'ACAT-1 étaient plus basses dans les STf de souris SR-BI-/- comparées aux souris SR-BI+/+. A l'opposé, le taux d'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HSL étaient augmentées chez les souris SR-BI-/- comparées aux souris SR-BI+/+. 6) Souris CD36-/-: L'expression de l'ARNm et l'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de l'ACAT-2 étaient significativement plus faibles tandis que celles de la HSL et de l'ACAT-1 étaient inchangées dans les STf de souris CD36-/- comparées aux souris CD36+/+. Conclusion: Nos résultats suggèrent que: 1) L'activité enzymatique de la HMG-CoA réductase et de la HSL sont associées à l'activité spermatogénétique et que ces activités ne seraient pas régulées au niveau transcriptionnel. 2) L'ACAT-1 et de l'ACAT-2 sont exprimées dans des cellules différentes au sein des tubules séminifères, suggérant des fonctions distinctes pour ces deux isoformes: l'estérification du cholestérol libre dans les cellules germinales pour l'ACAT-1 et l'efflux du cholestérol en excès dans les cellules de Sertoli au cours de la spermatogenèse pour l'ACAT-2. 3) La suppression génétique de la HSL diminuait la HMG-CoA réductase et augmentait les deux isoformes de l'ACAT, suggérant que ces enzymes jouent un rôle critique dans le métabolisme du cholestérol intratubulaire. 4) La suppression génétique des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI et CD36 affecte l'expression (ARNm et protéine) et l'activité des enzymes HMG-CoA réductase, HSL, ACAT-1 et ACAT-2, suggérant l'existence d’un effet compensatoire entre facteurs enzymatiques et non-enzymatiques du métabolisme du cholestérol dans les fractions tubulaires. Ensemble, les résultats de notre étude suggèrent que les enzymes impliquées dans la régulation du cholestérol intratubulaire agissent de concert avec les transporteurs sélectifs de cholestérol dans le but de maintenir l'homéostasie du cholestérol intra-tissulaire du testicule. / Introduction: Cholesterol homeostasis is essential for the synthesis of testosterone in interstitial tissue and the production of fertile gametes in the seminiferous tubules of the testis. Intracelluar cholesterol equilibrium in the testis is delicately maintained and regulated by enzymatic factors. The absence of one or more enzymes (HMG-CoA reductase, HSL and ACAT) has been implicated in the development of male infertility. However, the enzymatic factors that contribute to the maintenance of cholesterol equilibrium have not been investigated. This study is to test the hypothesis that the coordinated function of intracellular enzymes, HMG-CoA reductase, HSL and ACAT isoforms, are the basis of a system that helps to maintain cholesterol equilibrium during spermatogenesis. Methods: We characterized mRNA and protein expression levels of these enzymes in mink seminiferous tubules-enriched fraction (STf) during development and the annual reproductive cycle; or in mouse interstitial tissue-enriched fraction (ITf) and STf during postnatal development. Two novel techniques were developed to measure the HMG-CoA reductase, HSL and ACAT activities in mink and mouse STf. Additionally, immunohistochemistry was used to localize the enzymes in the testis. Finally, HSL knockout (KO) infertile male mice and selective cholesterol transporter (SR-BI, CD36) KO mice were used to elucidate the contribution of HMG-CoA reductase, HSL and ACAT isoforms in testicular cholesterol homeostasis when the enzyme or cholesterol transport system was genetically impeded. Results: 1) HMG-CoA reductase: (In mink STf), HMG-CoA reductase mRNA levels were relatively independent of 90kDa protein expression during development and the seasonal cycle. HMG-CoA reductase activity increased independently of its protein expression and reached maximal values by day 240 (3.6411e-7 mol/min/μg protein) during development and peaked in February (1.2132e-6 mol/min/μg protein) during the seasonal cycle. (In mouse STf), HMG-CoA reductase mRNA levels and enzymatic activity peaked by 42 days before decreasing while the protein levels tended to decrease steadily. 2) HSL: (In mink STf), an increase of 90kDa HSL protein expression by day 180- and 240 after birth as well as in January in seasonal cycle, was not related to the enzyme mRNA expression. HSL activity increased progressively through development and peaked by 270 days (36.45 nM/min/μg); another high HSL activity was shown in February. (In mouse STf), three significant elevations in HSL mRNA levels by day 21, 28, and 35 corresponded to a steady elevation of HSL protein expression throughout development. HSL activity peaked by day 42 but decreased remarkably in the adult. 3) ACAT-1 and ACAT-2: This is the first report to establish the presence of both ACAT-1 and ACAT-2 in the mink and mouse testis. (In mink STf), ACAT-2 activity reached its maximal value at 1190.00 CPMB/200μg protein by day 270 and 2643 CPMB/200μg protein in January. In contrast, ACAT-1 activity peaked by day 90 or in August during the seasonal cycle. (In mouse STf), ACAT-1 mRNA and protein levels were both decreased throughout development; ACAT-2 mRNA levels changes in the opposite direction of the protein levels, increasing throughout development. ACAT-1 activity in STf decreased throughout the development; while ACAT-2 activity increased significantly during development and peaked by day 42. 4) HSL-/- mice: KO HSL gene caused a decrease of HMG-CoA redutase mRNA expression and enzymatic activity in STf. However, ACAT-1 and ACAT-2 mRNA levels and enzymatic activities significantly increased in STf. 5) SR-BI-/- mice: The mRNA expression and activity of HMG-CoA reductase as well as ACAT-1 were statistically decreased in STf; whereas HSL mRNA level and activity were increased. 6) CD36-/- mice: The mRNA expression and activity of HMG-CoA reductase as well as ACAT-2 were significantly decreased in STf; while HSL and ACAT-1 mRNA levels and activities remained constant. Conclusion: These results suggest that 1) Activation of HMG-CoA reductase and HSL is associated with spermatogenetic activity, while the enzymatic activities may not only be regulated transcriptionally. 2) ACAT-1 and ACAT-2 are expressed in different cells of the tubules, suggesting distinct functions for these two closely related enzyme isoforms, with ACAT-1 being related to cholesterol esterification in germ cells and with ACAT-2 being associated with the removal of excessive cholesterol by Sertoli cells during spermatogenesis. 3) Genetically blocking HSL reduced the activity of HMG-CoA reductase while increasing activity of ACAT isoforms, suggesting the turn-off the enzyme in the cholesterol ester cycle may be essential for the accumulation of cholesterol esters in the tubules. 4) The dysfunction of intracellular cholesterol transporters affects regulation of the enzymes (HMG-CoA reductase, HSL and ACAT-1 and ACAT-2), which is presumably in response to compensatory extracellular cholesterol uptake. This study suggests that the enzymes implicated in the regulation of intracellular cholesterol may act cooperatively to maintain cholesterol homeostasis in testis.

L’activité catalytique du cytochrome P450 dépend de la disponibilité d’électrons produits par la NADPH P450 réductase (NPR). Notre étude a pour but de déterminer comment l’expression de la NPR est modulée chez le lapin. Afin de comprendre comment l’expression de la NPR est modulée, des hépatocytes de lapins témoins ont été incubés pendant 2, 4, 24 et 48 heures en présence de plusieurs activateurs de facteurs de transcription connus du cytochrome P450. De plus, des lapins ayant reçu une injection sous-cutanée de térébenthine afin de produire une réaction inflammatoire aseptique sont sacrifiés 48 heures plus tard dans le but d’étudier les effets de l’inflammation sur l’expression de la NPR. La rosiglitazone, le fénofibrate, l’acétate de plomb et le chlorure de cobalt (des inducteurs des PPAR, PPAR, AP-1 et HIF-1), après 48 heures d’incubation, n’ont provoqué aucun changement d’expression ou d’activité de la NPR. Après 48 heures d’incubation, la dexaméthasone (Dexa) a augmenté la quantité d’ARNm (QT-PCR), l’expression et l’activité de la NPR (p<0,05), en plus d’augmenter l’ARNm des récepteurs nucléaires CAR (récepteur constitutif à l’androstane) et PXR (récepteur X prégnane) (p<0.05). Le phénobarbital (PB) a augmenté seulement l’activité de la NPR (p<0.05). Par contre, après 48 heures d’incubation, la combinaison PB et Dexa a augmenté la quantité d’ARNm, ainsi que l’expression et l’activité de la NPR (p<0.05). La combinaison de PB et Dexa a induit une augmentation d’ARNm des récepteurs nucléaires CAR, PXR et RXR (récepteur X du rétinoïde) plus précocement, soit après 2 heures d’incubation (p<0.05). Le PD098059 (PD), un bloqueur de l’activation de MAPK1 (mitogen-activated protein kinase), et l’acide okadaïque (OA), un inhibiteur de la protéine phosphatase 2A (PP2A), ont bloqué l'augmentation d'expression et d'activité de la NPR induite par le PB après 48 heures d’incubation. La réaction inflammatoire aseptique a diminué l’expression et l’activité de la NPR après 48 heures d’incubation (p<0.05). On conclue que la dexaméthasone et le phénobarbital sont des inducteurs potentiels de la NPR et que les voies de signalisation de CAR, PXR et RXR semblent être impliquées dans le contrôle de cette induction. Des études supplémentaires devront être complétées afin de confirmer ces résultats préliminaires. / The catalytic activity of the cytochrome P450 depends on the availability of electrons produced by the NADPH P450 reductase (NPR). Our study aims to determine how the expression of the NPR is modulated in rabbits. In order to understand how the expression of the NPR is modulated, hepatocytes from rabbits in the control group were incubated for 2, 4, 24 and 48 hours in the presence of several cytochrome P450 transcription factor activators. Furthermore, a group of rabbits received a sub-cutaneous injection of turpentine in order to create an aseptic inflammatory response with the aim to assess the effects of inflammation on the expression of the NPR. Rosiglitazone, fenofibrate, lead acetate and cobalt chloride (inducers of PPAR, PPAR, AP-1 and HIF-1) did not produce any change in the expression or the activity of the NPR after a 48 hour incubation period. Dexamethasone (Dexa) increased the amount of mRNA (QT-PCR), and NPR's expression and activity as well as CAR (constitutive androstane receptor) and PXR (pregnane X receptor) nuclear receptors' mRNA after a 48 hour incubation period (p<0.05). Phenobarbital (PB) increased NPR's activity (p<0.05). However, the combination of PB and Dexa increased the amount of mRNA, as well as NPR's expression and activity after a 48 hour incubation period (p<0.05). The combination of PB and Dexa increased CAR, PXR and RXR (retinoid X receptor) nuclear receptors' mRNA after a 2 hour incubation period. PD098059 (PD), a inhibitor of MAPK1 (mitogen-activated protein kinase) activation, and okadaic acid (OA), an inhibitor of the phosphatase 2A protein (PP2A), prevented the increase of NPR expression and activity induced by PB after a 48 hour incubation period. The aseptic inflammatory reaction decreased NPR's expression and activity after a 48 hour incubation period (p<0.05). We conclude that dexamethasone and phenobarbital are potential NPR inductors and that CAR, PXR and RXR signaling pathways appear to be involved in controlling this induction. However, further studies will be needed to confirm these preliminary results.

Problématique : Le glutathion est une molécule clé de la défense antioxydante. Chez les enfants sous nutrition parentérale (NP), particulièrement les nouveau-nés, sa concentration tissulaire est anormalement basse. Puisque la capacité de synthèse de glutathion est adéquate, un déficit en cystéine, le substrat limitant, est soupçonnée. À cause de son instabilité en solution, la cystéine est peu présente en NP; la méthionine étant le précurseur endogène de cet acide aminé. L’activité de la méthionine adénosyltransférase (MAT), une enzyme essentielle à la transformation de la méthionine en cystéine, est facilement inhibée par l’oxydation. L’hypothèse : Le faible taux de glutathion chez les enfants sous NP est causé par l’inhibition de la MAT par les peroxydes contaminant ces solutions nutritives. Objectif: Mesurer l’impact d’une infusion de NP et de H2O2 sur l’activité hépatique de MAT en relation avec le niveau de glutathion. Méthode : Un cathéter est placé dans la jugulaire droite de cobayes de trois jours de vie. Quatre groupes sont comparés:1- Témoin (animaux aucune manipulation, sans cathéter) 2)-(animaux nourris normalement et le cathéter (noué)); 3) NP (animaux nourris exclusivement par voie intraveineuse (acides aminés + dextrose + lipides + vitamines + électrolytes), cette solution génère environ 400 µM de peroxyde. 4) H2O2 (animaux nourris normalement et recevant via le cathéter 400 µM de H2O2). Après quatre jours, le foie et le sang sont prélevés pour la détermination du glutathion, potentiel redox et l’activité de MAT, glutathion peroxydase et glutathion reductase. Résultats : L’activité de MAT est plus faible dans les groupes NP et H2O2. Le potentiel redox du foie et dans le sang est plus oxydé dans le groupe NP. Tandis que la concentration de GSSG du foie est plus élevée dans le groupe NP. Ainsi la concentration de GSH dans le sang et foie est plus faible dans les NP et H2O2 Discussion: La relation entre l’inhibition de MAT et le stress oxydant observée dans le groupe NP pourrait bien expliquer la perturbation du système glutathion observée chez les nouveau-nés prématurés. / Introduction: The low glutathione level in premature newborns can partly explain the high incidence of complications associated with oxidative stress in this population. Since the synthetic activity of glutathione is mature, a lack of substrate, especially cysteine, is suspected. Methionine provided by their parenteral nutrition (PN) is the in vivo precursor of cysteine. Since, methionine adenosyltransferase (MAT), the first enzyme in methionine transformation, has redox sensitive cysteines, we hypothesize that peroxides contaminating PN inhibit the activity of MAT, leading to a lower availability of cysteine for glutathione synthesis. Methods: At 3 days of life, guinea pigs a catheter fixed in jugular vein, the animals were separated in 4 groups: 1) Control: animals without any treatment and no catheter 2) sham: animals fed regular chow, a node closed their catheter; 3) PN: animals fed exclusively with parenteral nutrition (dextrose, amino acids, fat, vitamins) containing about 400 µM peroxides; 4) H2O2: animals fed regular chow and received continuously 400 µM H2O2 through the catheter. Four days later, liver and blood were sampling for determination of reduced glutathione (GSH), oxidized glutathione (GSSG), redox potential and activities of MAT, glutathione peroxidase, and glutathione reductase. Results: MAT activity was lower in groups receiving PN or H2O2. Liver redox was more oxidized in PN group whereas blood redox was more oxidized in PN and H2O2. Liver and blood GSH is lower in PN and H2O2. Liver GSSG was higher in PN. Conclusion: The inhibition of MAT in the PN group could explain the disruption of the glutathione system observed in premature infants. Furthermore the impact of a lower activity of MAT on GSH level is observed in liver and blood. Suggesting that the hepatic synthesis of GSH is insufficient to maintain its own level of glutathione and sustain the rate of export.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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Les bactéries acidophiles du genre Acidithiobacillus joue un rôle important dans les activités industrielles de récupération des métaux au sein des sites miniers. Dans cette thèse, la séquence du génome de la bactérie psychro-tolerante Acidithiobacillus ferrivorans CF27 a été re-séquencée. L’analyse comparative du génome de CF27 et des autres bactéries du genre Acidithiobacillus a permis de montrer: (i) une synthénie conservée entre 2 clusters de tRNAs trouvés dans les génomes de At. ferrivorans CF27 et At. ferrooxidans ATCC 23270, et qui ont contribué à la redondance génique des tRNAs chez ces 2 organismes. Notre analyse in silico à grande échelle de ces clusters de tRNAs au sein des génomes procaryotes a montré que les clusters de tRNAs sont présents dans très peu de phyla bactériens; (ii) la présence d’une importante proportion de gènes spécifiques chez CF27 et SS3, ce qui indique la très grande variabilité du contenu génique dans les génomes d’Acidithiobacillus et ainsi la nature unique de chaque groupe d’espèces. L’expression de ces gènes spécifiques a été confirmée chez CF27 cultivés en présence de Fer et soufre; et (iii) une composition taxonomique chimérique des génomes de la classe des Acidithiobacillia, confirmant ainsi que ce groupe appartient à une classe taxonomique particulière. Ces résultats apporte de nouvelles connaissances sur l’adaptation de CF27 à son environnement, ainsi que la nature chimérique des génomes de la classe taxonomique Acidithiobacillia. J’ai participé au projet ‘Thioredoxine réductase (TR)’ dont l’objectif est de définir la fonction biochimique, la structure moléculaire, ainsi que l’histoire évolutive de TRi, une réductase atypique. / The acidophilic Acidithiobacillus bacteria play an important role in industrial biomining operations for metal recovery. In this thesis, the genome sequence of a psychrotolerant Acidithiobacillus ferrivorans CF27 were first refined. The comparative genome analysis between CF27 and the closely related Acidithiobacillus genomes revealed: (i) a syntenic conservation of two tRNA array units which are only present in At. ferrivorans CF27 and At. ferrooxidans ATCC 23270 genomes and mainly contribute to the tRNA gene redundancy in both organisms. Moreover, our large-scale genome survey of the tRNA array units in prokaryotic organisms showed that tRNA arrays appear in few phyla; (ii) a high proportion of species-specific genes in CF27 and SS3 strains indicated the high variability of gene content in Acidithiobacillus genomes and therefore the unique nature of each group of species. Given that mRNA expression of some CF27 specific genes were confirmed in Fe(II)-grown cells and sulfur attached cells in CF27, these results highlighted the functional importance of specific genes for CF27 lifestyle; and (iii) the mosaic taxonomic composition of members of the Acidithiobacillia class, and thus confirmed that this group belongs to a particular taxonomic class, distinct to other proteobacterial groups. Taken together, our results provide insights into At. ferrivorans lifestyle as well as the chimeric genome nature of the Acidithiobacillus organisms. In addition, I also participated to the ‘Thioredoxin reductase’ project which aims to define the biochemical function, molecular structure and evolution of TRi, an atypical thioredoxin reductase.

En fournissant l’énergie nécessaire au métabolisme, la phosphorylation oxydative (OXPHOS) est un processus essentiel pour la plupart des organismes vivants. Pour faire face à diverses conditions métaboliques, l’efficacité des chaines respiratoires de la membrane composant l’OXPHOS doit être optimisée. Il est donc important de déterminer les mécanismes qui permettent de réguler l’efficacité de l’OXPHOS en fonction des besoins métaboliques.La question posée est la suivante : existe-t-il une organisation particulière des acteurs de l’OXPHOS dans la membrane des procaryotes qui puisse réguler l’activité de l’OXPHOS ?J’ai étudié l’organisation spatio-temporelle d‘un complexe respiratoire majeur de l’anaérobiose, la nitrate réductase NarGHI chez E. coli. Après avoir créé les outils pour la visualisation de ce complexe dans la cellule, j’ai montré l’existence d’une microcompartimentation de NarGHI aux pôles de la cellule lors d’une respiration en anaérobiose par microscopie optique à fluorescence. Dans un deuxième temps, j’ai montré le caractère dynamique de cette localisation en fonction des conditions métaboliques. L’anaérobiose et la présence d’un ∆pH suffisant sont des éléments requis pour permettre ce niveau d’organisation. Enfin, j’ai démontré que la microcompartimentation de NarGHI aux pôles des cellules augmente le flux d’électrons et l’efficacité des chaines respiratoires associées à la respiration du nitrate.L’ensemble des travaux réalisés au cours de ma thèse permet une meilleure compréhension du processus de l’OXPHOS chez les procaryotes et donne une nouvelle vision des moyens employés pour optimiser l’OXPHOS en fonction des différentes conditions métaboliques. / By providing the energy for the cellular metabolism, oxidative phosphorylation (OXPHOS) is an essential process for most living organisms. In order to thrive, the efficiency of membrane respiratory chains which constitute the OXPHOS must be optimized. Thus it is important to address mechanisms by which the efficiency of the OXPHOS is regulated in response to varying metabolic needs.The question addressed during this PhD is the following: does it exist a specific organization of the OXPHOS components in prokaryotic membranes and does it contribute to the regulation of the OXPHOS process?I have investigated the spatio-temporal organization of a respiratory complex, the nitrate reductase NarGHI of the E. coli bacterium. After creating the tools needed to visualize submicrometrically this complex in the unique cell, I have shown the existence of a polar microcompartimentation during anaerobic respiration using fluorescence microscopy. I have demonstrated the dynamic subcellular organization of NarGHI in response to metabolic conditions. Anaerobiosis and a sufficient ∆pH are cues required to promote such cellular organization. Finally, I have demonstrated that polar microcompartimentation of the complex increases the electron flux and the efficiency of the associated respiratory chains.Overall, these results provide a novel view on OXPHOS in bacterial cells by demonstrating that spatio-temporal organization of a respiratory complex tunes the overall efficiency of the process in response to environmental cues.

La quinone réductase 2 ou QR2 est une enzyme qui, comme son homologue QR1, joue un rôle de détoxification des quinones, molécules fortement réactives, en les réduisant en hydroquinones. Cependant, il a été observé au niveau cellulaire et tissulaire que l'activité de cette flavoprotéine pouvait avoir des effets délétères en déclenchant une surproduction d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). D'autre part, on observe une surexpression ou une sous expression de QR2 dans certaines maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer. Dans ce contexte, ce travail a porté sur l'étude des espèces oxygénées réactives produites lors du cycle redox quinone / QR2 et leurs variations en fonction de la nature de la quinone, sur protéine purifiée et sur modèles cellulaires comparativement à QR1. Les propriétés d'oxydo-réduction des substrats, co-substrats et inhibiteurs de QR2 étudiées par électrochimie ont permis de les classer en fonction de leur capacité à être réduits. L'activité enzymatique de la protéine, qu'elle soit purifiée ou intracellulaire, a été suivie par différentes méthodologies (résonance paramagnétique électronique, spectroscopie UV-visible et de fluorescence, U(H)PLC-MS, microscopie confocale de fluorescence). La production du radical superoxyde est observée en présence de lignées cellulaires surexprimant ou non QR1 et QR2. Les quinones sont réduites enzymatiquement pour donner des hydroquinones via l'activité des quinones réductases (QR1 et QR2) et des semiquinones via l'activité de réductases à un électron (CytP540 réductase par exemple). La réoxydation de ces produits est responsable d'une production plus ou moins forte de radicaux superoxydes selon la structure initiale de la quinone et l'affinité pour les différentes réductases. La ménadione provoque une production cellulaire de superoxyde plus importante en l'absence de QR1 et QR2. Ces analyses ont également démontré que, comme son homologue QR1, QR2 est capable de réduire les ortho-quinones dont certaines catécholquinones (aminochrome, dopachrome, adrénochrome) reconnues pour leur toxicité neuronale. / Quinone reductase 2 or QR2 is an enzyme that, like its counterpart QR1, plays a role in detoxification of the highly reactives quinones by reducing them into hydroquinones. On one hand, it has been observed at the cellular and tissue level that the activity of this flavoprotein could have deleterious effects by triggering an overproduction of reactive oxygen species (ROS). On the other hand, overexpression or under expression of QR2 has been observed in some neurodegenerative diseases such as Parkinson's disease and Alzheimer's disease. In this context, this work focused on the study of reactive oxygen species produced during the quinone / QR2 redox cycle and their variations depending on the nature of the quinone, on both purified protein and cell models, in comparison to QR1. The redox properties of the substrates, co-substrates and inhibitors ok QR2 studied by electrochemistry allowed to classify them according to their capacity to be reduced. The enzymatic activity of the protein, either purified or intracellular, was followed by various methodologies (electron paramagnetic resonance, UV-visible and fluorescence spectroscopy, U(H)PLC-MS, confocal fluorescence microscopy). Production of superoxide radical is observed in the presence of cell lines overexpressing or not QR1 and QR2. Quinones are reduced enzymatically to form hydroquinones via the activity of quinone reductase (QR1 and QR2) and semiquinone via the activity of one electron reductases (e.g. CytP540 reductase). Reoxidation of these products is responsible for a greater or lesser production of the superoxide radical, according to the initial structure of the quinone and the affinity for different reductases. Menadione causes a higher production of cellular superoxide in the absence of QR1 and QR2. These analyzes have also shown that, like its counterpart QR1, QR2 is capable of reducing ortho-quinones including catecholquinones (aminochrome, dopachrome, adrenochrome) known for their neuronal toxicity.

Plante de grande culture aux multiples applications, le lin accumule dans ses graines des métabolites spécialisés appelés lignanes aux propriétés phytooestrogène et antioxydante, bénéfiques en santé humaine et, dans ses feuilles, des lignanes de nature toxique. Pour l’utilisation et l’étude de ces composés phénoliques issus de la voie des monolignols, une technique d’éco-extraction assistée par les ultrasons a été développée et appliquée à un criblage de différentes variétés pour leur contenu en lignanes conférant une haute valeur ajoutée aux extraits et produits. Les potentiels verrous métaboliques de la voie de biosynthèse de ces composés ont fait l’objet d’investigations au niveau de la régulation transcriptionnelle des gènes responsables de la formation des énantiomères opposés de sécoisolaricirésinol dans la graine et les parties aériennes. La famille multigénique des protéines dirigeantes (DIR) du lin, premiers acteurs de cette voie, a été criblée au niveau génomique et transcriptionnel afin de déterminer des candidates pour fonctionner avec les pinorésinol laricirésinol réductases (PLR), enzymes bifonctionnelles catalysant la formation du sécoisolaricirésinol. L’étude de la régulation fine de l’expression des deux isoformes des gènes PLR a mis en évidence des profils d’inductibilité très contrastés et a conduit à l’identification d’éléments cis-régulateurs ainsi que de facteurs de transcription impliqués dans ces voies de régulation. L’ensemble des résultats convergent vers un rôle de défense des lignanes in planta et a permis de construire une vue d’ensemble des mécanismes complexes de régulation de leur biosynthèse et enfin de proposer des pistes pour l’amélioration de la production de ces molécules naturelles par une stimulation de leur accumulation et l’augmentation des rendements d’extraction par chimie verte. / As a crop with multiple purposes, flax accumulates lignans, specialized metabolites with health benefits, known for their phytoestrogenic and antioxidant properties in its seed, and toxic lignans in its leaves. In order to use and study these phenolic compounds derived from monolignols, an eco-friendly method based on ultrasound-assisted extraction was developed and applied to the screening of cultivars for their lignan content which confers high value to extracts and flaxseed by-product. Regulation of the lignan biosynthetic pathway was investigated at the transcriptional level for the genes responsible for the formation of secoisolariciresinol in seeds and aerial parts. The multigene family of dirigent proteins (DIR), first actors of this pathway, was explored by genomic and transcriptional approaches in order to select candidates to operate with pinoresinol lariciresinol reductases (PLR), bifunctional enzymes catalyzing secoisolariciresinol biosynthesis. The study of the transcriptional regulation of PLR genes evidenced very contrasting expression profiles and led to the identification of transcription factors acting as master regulators of this biosynthesis and their cis-regulatory target elements. Results allowed first to reinforce the hypothesis of the lignans defensive role in planta, second to afford an overall view of complex mechanisms occurring in the regulation of lignan natural production and finally to suggest leads to improve lignan yield by a stimulation of natural production and an enhancement of extraction yield using green chemistry methods.