La pyriculariose provoquée par le champignon Magnaporthe oryzae constitue l’une des principales maladies du riz, avec des épidémies récurrentes et très destructrices qui touchent toutes les régions rizicoles. Outre les enjeux économiques et humanitaires liés à cette maladie, le statut de céréale modèle du riz et de champignon parasite modèle de M. oryzae font de l’interaction entre ces deux partenaires un modèle privilégié pour l’étude du contrôle génétique et moléculaire des relations hôte-pathogène. Les protéines effectrices, Avr, de M. oryzae sont sécrétées au cours de l’infection de la plante par ce champignon. Chez certaines variétés de riz ces effecteurs agissent comme des protéines d’avirulence. Elles sont reconnues par les protéines de résistance, R, et induisent une forte réponse de défense dont une mort cellulaire programmée appelée HR (hypersensitive response) à l’origine de la résistance de la plante. L’objectif de cette thèse est de déterminer les structures des protéines Avr, et R et celles des complexes Avr-R. L'analyse structure-fonction permettra d’identifier les domaines et les acides aminés importants pour l'activité des effecteurs et des protéines de résistance. Pour la réalisation de cette thèse, une large gamme de techniques de biologie moléculaire (PCR, clonage moléculaire), de biophysique (Fluorescence) et de biologie structurale (RMN, cristallographie aux RX) disponibles au laboratoire seront utilisées. Du point de vue fonctionnel, ces études devraient apporter de nouveaux éléments sur les fonctions végétales qui sont modulées au cours de l’infection et permettent ainsi à la maladie de s'établir en créant des conditions favorables à la mise en place du processus infectieux. / MAGNAPORTHE oryzae causes a devastating disease of rice known as rice blast, affecting all regions cultivating rice. In addition to the economic and humanitarian issues associated with the disease, rice and M. oryzae are widely accepted as models of cereal and fungus for studying genetic control and host-pathogen molecular interactions. The effector proteins, Avr of M. oryzae, are secreted during plant infection by the fungus. In some of the rice cultivation these effectors act as avirulence proteins. They are recognized by resistance proteins R, and induce a strong host response, including programmed cell death known as HR (hypersensitive response) leading to plant resistance. The purpose of the thesis is to elucidate the atomic structures of the proteins Avr, R and Avr-R complexes. Subsequent structure-function analysis will identify domains and important amino acids needed for the activity of the effector and resistance proteins. To carry out this thesis, a wide range of molecular biology techniques (pcr, molecular cloning), biophysics (fluorescence) and structural biology (NMR, X-ray crystallography) will be used. From the functional point of view, these studies will provide insight into mechanisms affecting host functions that are modulated during infection, thus creating favorable conditions for the infection process.

Les interactions intermoléculaires entre une protéine et ses différents partenaires représentent des cibles de plus en plus prisées pour l'élaboration de composés thérapeutiques capables d'intervenir dans des processus biologiques. La méthode FBDD (Fragment-Based Drug Design) permet de concevoir des molécules bioactives tels que des inhibiteurs, à partir de la structure tridimensionnelle du complexe formé entre la protéine et une molécule fragment. Dans le cadre de ce projet de thèse nous proposons d'utiliser le déplacement chimique pour l'étude des structures 3D de ces complexes protéine-ligand. Nous nous focaliserons sur la mesure des perturbations de déplacement chimique CSP (Chemical Shift Perturbations) des atomes d'une protéine cible, induites par la liaison d'un fragment. Nous démontrerons la puissance de cet outil RMN à travers la simulation des CSP induits par l'interaction d'un fragment sur une protéine cible et leur comparaison aux CSP expérimentaux. L'analyse sera réalisée sur deux protéines cibles et la comparaison des données expérimentales et simulées permettra dans un premier temps de mettre en évidence un réarrangement structural de la protéine Bcl-xL lors de son interaction avec un fragment. Puis, dans un second temps, nous montrerons que cette analyse quantitative des CSP peut permettre de déterminer l'orientation des fragments dans le site d'interaction de la protéine PRDX5. Nous comparerons alors les performances de la méthode pour différents types de protons proposant ainsi de nouvelles pistes pour la compréhension du comportement des CSP vis-à-vis de leurs contributions électroniques / Intermolecular interactions between protein and its partners represent highly attractive targets for the elaboration of therapeutic compounds abble to interfere in biological processes. A novel approach in drug design called Fragment-Based Drug Design (FBDD) consists of designing bioactive molecules like inhibitors, from the 3D structure of the complex formed between a protein and a fragment molecule (MW < 300g/mol). Here we suggest using the chemical shift, to study these protein-ligand structures. We will particularly focus on the measurement of Chemical Shift Perturbations (CSP) induced by the fragment-binding on protein’s nuclei. We will evidence the potency of this NMR tool through simulation of CSP induced by fragment interaction on protein target and the comparison with experimental CSP. Two protein targets will be used and the comparison between experimental and simulated data will evidence on one hand, the structural rearrangement of the protein Bcl-xL upon fragment-binding. On the other hand, we will demonstrate that this quantitative use of CSP is unable to determinate fragment orientations inside the protein PRDX5 binding site. We will compare the performances of the method for different kinds of protein and proposing answers to better understand the behaviour of CSP toward their different electronic contributions

Différentes techniques spectroscopiques (impédancemétrie électrique, RMN, IR et Raman) ont été utilisées pour étudier la mobilité ionique de deux séries de verres binaires de borate d’alcalins (Li₂O-B₂O₃ et Na₂O-B₂O₃) dans une large gamme de composition en relation avec la structure, aussi bien dans l’état solide que dans l’état fondu. Nous avons ainsi établi un bilan complet de l’évolution de la structure du réseau vitreux à température ambiante en fonction de la teneur en oxyde d’alcalin M₂O. Alors que B₂O₃ n’est formé que d’unités BO₃, organisées en anneaux boroxol reliés par des chaînes, l’ajout d’alcalins entraîne l’apparition d’unités BO₄- incorporées dans différents groupements borate. Parallèlement, les chaînes et les boroxols disparaissent progressivement. A partir de 20% en M₂O, les alcalins commencent à jouer un rôle de modificateurs de réseau vitreux en cassant des liaisons, entrainant la formation d’oxygènes non-pontants (NBO). Leur proportion augmente rapidement de telle sorte qu’à partir de 40% de M₂O, la teneur en BO₄- rediminue. L’association de deux dispositifs de mesure de l’impédance complexe a permis d’obtenir des valeurs fiables de la conductivité sur un intervalle de température très étendu allant du solide jusqu’à l’état fondu. En dessous de Tg, la conductivité statique suit une loi d’Arrhenius. Sa valeur augmente avec la teneur en M₂O, toutefois, deux changements de régime sont observés : le premier vers 32% de M₂O coïncide avec l’anomalie de bore et peut être relié à la formation d’un nombre important de NBO, le second, est observé dans la série Na vers 10-20% de Na₂O et serait provoqué par une compaction du réseau. En passant à l’état fondu, la conductivité augmente de façon considérable et suit une loi VFT. Nous avons observé que l’anomalie de bore persiste à l’état fondu, mais se déplace vers les basses teneurs en M₂O. / Different spectroscopic techniques (electrical impedancemetry, NMR, IR and Raman) have been used to study ionic mobility of two series of binary alkaline borate glasses (Li₂O-B₂O3 and Na₂O-B₂O₃) in a wide range of composition in relation to their structure, both in the solid and molten state. We have thus established a complete description of the structural evolution of the vitreous network at ambient temperature as a function of the alkaline oxide M₂O content. While B₂O₃ is only formed of BO₃ units, organized in boroxol rings linked by chains, the alkaline addition leads to the appearance of BO₄- units incorporated in different borate groups. At the same time, chains and boroxols disappear gradually. From 20% M₂O, the alkalines start to play the role of vitreous network modifiers by breaking bonds, resulting in the formation of non-bridging oxygens (NBO). Their proportion increases rapidly so that, from 40% M₂O, the BO₄- content decreases. The association of two devices for measuring the complex impedance enabled us to obtain reliable values of the conductivity over a very extended temperature range from the solid to the molten state. Below Tg, the static conductivity follows Arrhenius law. Its value increases with the M₂O content, however, two changes are observed: the first towards 32% M₂O coincides with the so-called boron anomaly and can be related to the formation of a large number of NBO, the second, is observed in the Na series towards 10-20% Na₂O and is caused by network compaction. When passing to the molten state, the conductivity increases considerably and follows a VFT law. We observed that the boron anomaly persists in the molten state, but moves to lower M₂O contents.

La chromatine chez les eucaryotes, porte des informations génétiques et épigénétiques. Les mécanismes garantissant le maintien de ces informations lors de la division cellulaire ou la réparation de l’ADN sont encore mal connus et ils constituent l’enjeu principal du projet de thèse. Plus particulièrement, l’objectif du projet de thèse est de chercher à comprendre comment les chaperons d’histones coordonnent leur action avec des partenaires associés à la fourche de réplication pour conserver les marques épigénétiques portées par les histones parentales et les reporter sur les histones nouvellement synthétisées. Cette thèse décrit précisément comment ASF1 (Anti Silencing Function 1) coopère avec le complexe CAF-1 (Chromatin Assembly Factor 1) et la sous-unité de l’hélicase réplicative MCM2 (Mini Chromosome Maintenance 2), pour la prise en charge des H3-H4 dans la réplication et la réparation de l’ADN.La thèse s’intéresse également à la régulation de l’activité de ces chaperons d’histones par des kinases activées suite à des stress réplicatifs ou des dommages de l’ADN. En particulier nous avons cherché à mieux comprendre comment l’ajout de groupements phosphate sur ASF1 par une enzyme appelée TLK (Tousled Like Kinase) module son activité au cours du cycle cellulaire et en réponse aux dommages de l’ADN. La caractérisation de l'importance des sites phosphorylés sur les propriétés de liaison du chaperon, permet de mieux comprendre le rôle joué par différent forme d’ASF1 dans l’assemblage des histones sur l’ADN et le maintien des informations épigénétiques. Le travail de thèse contient d’analyses biochimiques et structurales par une combinaison de techniques (SEC-MALS, AUC, ITC, RMN, cristallographie des rayons X) et d’analyses fonctionnelles sur des modèles cellulaires. / In eukaryotes, chromatin carries both, the genetic and epigenetic information. Mechanisms implicated in maintenance of these information during cell division or DNA repair remain poorly understood and they constitute the main issue of this thesis project. More specifically, the goal of the project is to understand how histone chaperones coordinate their action with partners associated with the replication fork to recognize and preserve the epigenetic marks carried by parental histones and to copy on the newly synthesized histones. The work unravels how ASF1 (Anti-Silencing Function 1) cooperates with the CAF-1 complex (Chromatin Assembly Factor 1) and with the replicative helicase subunit MCM2 (Mini Chromosome Maintenance 2), for the management of H3-H4 histones in DNA replication and repair.Moreover, this thesis investigates the regulation of histone chaperones activities by kinases activated after a replicative stress or DNA damage. In particular, we analyzed the consequences of ASF1 phosphorylation by the enzyme called TLK (Tousled like kinase). The activity of TLK is modulated during the cell cycle and after DNA damage. Characterization of the importance of phosphorylated sites on the chaperone binding properties, allows a better understanding of the role played by different forms of ASF1 in the assembly of histones on DNA and maintenance of epigenetic information. The thesis work included biochemical and structural analysis with a combination of different techniques (SEC-MALS, AUC, ITC, NMR, X-ray crystallography) and functional analysis in cellular models.

Le noyau est un organite caractéristique des cellules eucaryotes et les propriétés mécaniques de ce dernier jouent un rôle essentiel dans le comportement de la cellule, notamment sa motilité, sa polarité et sa survie. Le noyau est entouré par une enveloppe comprenant une membrane interne et une membrane externe, ainsi que de nombreuses protéines. Mes objectifs de thèse étaient de comprendre des mécanismes moléculaires déficients dans deux types de maladies génétiques causées par des mutations dans les lamines: la dystrophie musculaire d’Emery-Dreifuss et les syndromes de type progéroïde.Dans un premier temps, nous avons montré que l’émerine s’auto-associe in vitro et en cellules (Herrada et al. ACS Chem. Biol. 2015). J’ai ensuite étudié la structure des oligomères d’émerine, déterminé le fragment protéique minimal nécessaire à la formation de ces oligomères et décrit l’impact de mutations de l’émerine, causant une dystrophie musculaire d’Emery-Dreifuss, sur son auto-assemblage (Samson et al. Biomol NMR Assign. 2016 ; Samson et al. FEBS J. 2016). Puis, j’ai montré que seule cette forme auto-assemblée de l’émerine est capable d’interagir avec la lamine A et que la phosphorylation de l’émerine par la kinase Src, observée suite à un stress mécanique, régule cette interaction entre l’enveloppe nucléaire et le nucléosquelette.Pour finir, j’ai montré que la forme monomérique de l’émerine est capable de former un complexe ternaire avec BAF et la lamine A. Après avoir mesuré les affinités protéine-protéine au sein de ce complexe, identifié les fragments minimaux des différentes protéines permettant de former ce complexe et mis au point un protocole robuste de purification de ce complexe, j’ai pu obtenir des cristaux de ce complexe dans plusieurs conditions. Par la suite, nous avons pu résoudre la structure de ce complexe par remplacement moléculaire avec une résolution de 2 Å. Enfin, j'ai montré que les mutations dans les lamines de type A provoquant des syndromes de type progéroïde pouvaient altérer l'interaction avec BAF in vitro, et nos collaborateurs, l'équipe du Dr B. Buendia (Paris Diderot), ont montré que ces mêmes mutations induisaient une diminution significative de la proximité entre la lamine A et BAF dans les cellules HeLa. Un article, où je suis premier auteur, vient d’être soumis au journal NSMB. / The nucleus is an organelle characteristic of eukaryotic cells and its mechanical properties play an essential role in the behavior of the cell, in particular its motility, polarity and survival. It is surrounded by an envelope comprising an inner membrane and an outer membrane, as well as a large number of proteins. These proteins are either anchored at the nuclear membrane, as emerin, or form a filament meshwork lining the inner nuclear membrane, as lamins. My thesis objectives were to understand molecular mechanisms deficient in two types of genetic diseases caused by mutations in inner nuclear envelope proteins: Emery-Dreifuss muscular dystrophy, associated to mutations in emerin and A-type lamins, and progeroid syndromes caused by mutations in A-type lamins.First, we showed that the emerin protein self-assembles in vitro and in cells (Herrada, Samson et al., ACS Chem. Biol., 2015). I then studied the structure of emerin oligomers, determined the minimal protein fragment necessary for the formation of these oligomers, identify residues forming the structural core of these oligomers by solid-state NMR in collaboration with the group of Prof A. Lange (FMP Berlin), and described the impact of emerin mutations causing Emery-Dreifuss muscular dystrophy on emerin self-assembly (Samson et al., Biomol. NMR Assign. 2016, Samson et al., FEBS J. 2017). Then, I observed, mainly using solution-state NMR, that only the self-assembled form of emerin is able to interact with A-type lamin tail, and that mutants causing Emery-Dreifuss muscular dystrophy and unable to self-assemble are also defective in A-type lamin binding. I also obtained preliminary data showing that phosphorylation of emerin by the Src kinase, observed after a mechanical stress in purified nuclei, regulates the interaction between self-assembled emerin and A-type lamins.Finally, I showed that the monomeric form of emerin is able to form a ternary complex with A-type lamin tail through the chromatin-associated protein Barrier-to-Autointegration Factor (BAF). After having measured the protein-protein affinities within this complex, identified the minimal protein fragments involved in the complex and developed a robust protocol for purification of this complex, I was able to obtain crystals under several conditions. Subsequently, I solved the 3D structure of this complex by molecular replacement at a resolution of 2 Å. Finally, I showed that mutations in A-type lamins causing autosomal recessive progeroid syndromes impair interaction with BAF in vitro, and our collaborators at Univ. Paris Diderot, the team of Dr B. Buendia, showed that these same mutations induce a significant decrease in the proximity between lamin A and BAF in HeLa cells. An article with me as a first author is in preparation that reports all these new data.

L’un des obstacles majeurs à l’éradication du VIH-1 est sa capacité à faire évoluer rapidement son matériel génétique. Ceci lui permet de contourner le système immunitaire de l’hôte ainsi que la pharmacologie antirétrovirale due à l’émergence de formes mutantes et résistantes des enzymes ciblées. A l’origine de ses recombinaisons génétiques, se trouvent d'une part les erreurs commises par la RT lors de l’étape de transcription inverse et d'autre part les processus de transfert de brins qui sont facilités par la protéine de nucléocapside (NC). Notre objectif est de mieux comprendre les propriétés chaperon de la NC pendant le premier transfert de brin ; au cours de celui-ci, la NC déstabilise les structures secondaires des acides nucléiques impliqués ARN et ADN afin de les hybrider pour former un duplex ARN/ADN. Nous souhaitons notamment savoir si la NC est capable de reconnaître la polarité des chaines d’acides nucléiques selon leur nature et si cette capacité module ses propriétés déstabilisatrices. Nos travaux sur la dynamique interne de la protéine ont permis de montrer que certains mouvements étaient corrélés avec les modalités de fixation sur l’ARN. Nous avons ainsi pu montrer, en comparant les propriétés des différentes formes maturées de la NC au cours du cycle viral, que les domaines p1 et p6 présents dans les formes immatures (NCp9 et NCp15) modulaient les propriétés d’interaction comparé à la forme mature (NCp7). Ceci nous amène à reconsidérer le rôle des différentes parties de la polyprotéine Gag sur les propriétés du domaine NC au sein de ce précurseur Gag. Ce domaine apparaissant largement responsable de la reconnaissance et de la sélection du génome viral ARN pour l’encapsidation dans les particules néosynthétisées. Pour réaliser cette étude, nous avons étudié différents complexes entre la NC avec différents acides nucléiques (ARN et ADN), ce en utilisant principalement la résonance magnétique nucléaire couplée à d’autres méthodes biophysiques et biochimiques dans le but d’obtenir des informations à l’échelle atomique. Ce travail peut également être utile dans la conception d’une nouvelle classe d’inhibiteurs dirigés contre la NC sachant que celle-ci représente une cible thérapeutique attrayante vu qu’elle est très conservée et très importante pour l’infectiosité. / One of the major difficulty in the eradication of HIV-1 is its ability to evolve rapidly its genome. This permit to the virus to escape the host immune response and the antiretroviral pharmacology due to the emergence of mutant and resistant forms of the target enzymes.The origin of these genetic recombination is, in one hand the errors commited by the RT during the reverse transcription stage and in the other hand the strand transfer processes facilitated by the nucleocapsid protein (NC).Our goal is to understand the chaperonnig properties of NC protein during the first strand transfer ; where NC destabilizes the involved RNA and DNA secondary structures to anneal them and form a hybrid RNA/DNA duplex.In order to determine this mecanism, we seek, if NC protein have the property to recognize the polarity of nucleic acids chains and if this modulates its destabilization properties. Also, our work on the internal dynamic of the protein showed that some motions are correlated to its binding to RNA.We compared the properties of different maturated forms of NC protein during the viral life cycle and we concluded that p1 and p6 domains present within the immature forms (NCp9 and NCp15) adjusted differently the interaction properties to nucleic acids compared to the mature form (NCp7). It leads us to reconsider the role of the different parts of the Gag polyprotein on the properties of the NC domain within this Gag precursor. This domain appears to be largely responsible for the recognition and selection of the viral genomic RNA in order to package it in the newly formed viral particles.To permform this study, we studied different complexes between NC and nucleic acids sequences (RNA and DNA) using mainly NMR spectroscopy and biophysical or biochemical methods to obtain informations at the atomic scale. This work can also be useful in the design of a new class of inhibitors against NC protein which is an attractive therapeutic target due to its conservation and importance in viral infectivity.

Les chaperons moléculaires, une famille de protéines diverses en structure et taille, sont dédiés à accompagner, replier et protéger d’autres protéines afin qu’elles atteignent leur conformation finale et leur emplacement dans la cellule. Dans ce but, les chaperons moléculaires doivent être hautement spécialisés dans l’exécution de tâches spécifiques, telles que le repliement, le transport ou la désagrégation, et polyvalents dans leur motifs de reconnais- sance, afin de pouvoir interagir avec un grand nombre de protéines di érentes. Di érents chaperons moléculaires collaborent au sein de la cellule, formant ainsi un réseau complexe qui assure le contrôle de la qualité du protéome. Les interactions entre les di érents partenaires de ce réseau et entre les chap- erones et leurs substrats sont souvent dynamiques, ce qui rend leur obser- vation structurale particulièrement di cile pour les techniques de biologie structurale. Par conséquent, il y a à ce jour peu d’information sur les struc- tures et mécanismes d’interaction au sein des complexes chaperon-substrate. Dans cette thèse, je présente des études sur la structure, la dynamique et les interactions entre les substrats de deux chaperons moléculaires, en utilisant diverses méthodes biophysiques et in vivo.Dans la première partie, je montre que la chaperone TIM910, située dans l’espace inter-membranaire des mitochondries, lie ses substrats, des protéines membranaires destinées aux deux membranes mitochondriales, d’une manière très dynamique. Non seulement le complexe TIM910 est en échange constant entre les espèces monomèriques et hexameriques, mais aussi le substrat lié échange entre mulitples conformations à une échelle de millisecondes. Sur la base de la résonance magnétique nucléaire (RMN), de small-angle X-ray scat- tering (SAXS), de l’ultracentrifugation analytique (AUC) et des expériences mutationnelles in vivo et des tests fonctionnels d’import dans les mitochon- dries, je propose un modèle structurale de l’interaction entre le chaperon et la protéine membranaire. TIM910 lie ses substrats dans une poche hydrophobe à l’extérieur du chaperon. Cette interaction est modulaire et se fait avec un ou deux hexamères de TIM910, en fonction de la longueur du substrat.Dans la deuxième partie, nous avons étudié le comportement du récepteur N-terminal du unfoldase ClpC1 de M. tuberculosis en présence d’antibiotiques et de ligands di érents. Le domaine N-terminal de ClpC1 est le site de liai- son de divers antibiotiques nouveaux contre M. tuberculosis. L’antibiotique Cyclomarin A supprime complètement la dynamique induite par le ligand arginine-phosphate. Nous proposons que cette suppression de la dynamique soit le principe fondamental du mécanisme d’action de cet antibiotique.Dans les deux cas, les structures X-ray des chaperons dans leur état apo et la structure de ClpC-NTD liée à des antibiotiques étaient disponibles, mais ces structures statiques ne su sent pas pour expliquer le mécanisme d’action. La structure X-ray de TIM910 n’a pas fourni d’ indication sur l’endroit ou la façon dont les substrats sont liés. De même, les structures X-ray du domaine N-terminal de apo et de Cyclomarine A de ClpC1 ne présentent que des di érences de structure mineures. Les deux exemples montrent que les données structurelles statiques souvent ne permettent pas d’expliquer le fonctionnement d’un système moléculaire, donc la combinaison de di érentes techniques et le développement de nouvelles méthodes pour étudier les complexes chaperon-substrat sont primordiaux pour comprendre leur fonction. / The diverse group of molecular chaperones is dedicated to accompany, fold and protect other proteins until they reach their final conformation and loca- tion inside the cell. To this end, molecular chaperones need to be specialized in performing specific tasks, like folding, transport or disaggregation, and versatile in their recognition pattern to engage many di erent client pro- teins. Moreover, molecular chaperones need to be able to interact with each other and with other components of the protein quality control system in a complex network. Interactions between the di erent partners in this network and between the substrate and the chaperone are often dynamic processes, which are especially di cult to study using standard structural biology tech- niques. Consequently, structural data on chaperone/substrate complexes are sparse, and the mechanisms of chaperone action are poorly understood. In this thesis I present investigations of the structure, dynamics and substrate- interactions of two molecular chaperones, using various biophysical and in vivo methods.In the first part I show that the mitochondrial membrane protein chap- erone TIM910 binds its substrates in a highly dynamic manner. Not only is the TIM910 complex in constant exchange between monomeric and hex- americ species, but also the bound substrate samples multiple conformations on a millisecond timescale. Based on nuclear magnetic resonance (NMR), small-angle X-ray scattering (SAXS), analytical ultracentrifugation (AUC) and in vivo mutational experiments I propose a structural model of the chap- erone/membrane protein interaction. TIM910 binds its substrates in a hy- drophobic pocket on the exterior of the chaperone in a modular fashion, where the number of TIM910 complexes bound depends on the length of the substrate.In the second part I studied the behavior of the N-terminal receptor do- main of the ClpC1 unfoldase from M.tuberculosis in the presence of di erent antibiotics and ligands. The N-terminal domain of ClpC1 is the binding site for various new antibiotics against M.tuberculosis. The antibiotic cyclomarin completely abolishes dynamics induced by the ligand arginine-phosphate. We propose that this suppression of dynamics is the underlying principle for the mechanism of action of this antibiotic.In both cases X-ray structures of the apo or antibiotic bound form were available, but not su cient to explain the mechanism of action. The X- ray structure of TIM910 provided no evidence on where or how substrates are bound. Likewise, X-ray structures of the apo and cyclomarin-bound N-terminal domain of ClpC1 show only minor di erences in structure.Both examples show that static structural data is often not enough to explain how a molecular system works, and only the combination of di er- ent techniques, including newly developed methods enable the atomic-level understanding of chaperone/substrate complexes.

Les chaperonines sont des machines moléculaires impliquées dans la protection des protéines contre le mauvais repliement et l’agrégation. Ces macromolécules de tailleimportante (environ 1 MDa) sont présentes dans tous les domaines du vivant et sontorganisées en deux anneaux concentriques et empilés l’un sur l’autre, possèdent chacun une cavité en leur centre. Les chaperonines sont particulièrement intéressantes car peu caractérisées par rapport aux autres chaperones, notamment dû à leur grande taille et à leur complexité intrinsèque. Leur mécanisme d’action reste donc assez flou.Ce travail de thèse est centré sur l’étude de PhCPN, la chaperonine de Pyrococcushorikoshii, et son interaction avec différentes protéines substrats, grâce à une combinaison d’outils biochimiques et biophysiques tels que la RMN. En effet, la spectroscopie RMN est un outil particulièrement adapté à l’étude des interactions moléculaires transitoires à l’échelle atomique. L’utilisation dans ce cadre du marquage isotopique spécifique des groupements méthyles permet d’étudier des ensembles protéiques de taille importante tels que PhCPN, tandis que la RMN plus classique reste limitée à des poidsmoléculaires inférieurs à 30 kDa. Afin d’étudier le repliement des protéines à l’intérieur des cavités de PhCPN, deux protéines substrats de taille hétérogène et d’activité différentes ont été sélectionnées.En particulier, l’un de ces deux substrats (laMalate Synthase G ou MSG), formedes agrégats amorphes lorsqu’elle elle chauffée tandis que la seconde (l’Amyline) est capable de s’auto associer de manière plus organisée, créant des fibres amyloïdes de haut poids moléculaire. J’ai observé lors de cette étude que PhCPN est capable d’empêcher l’agrégation de ces deux substrats.En effet, la Chaperonine PhCPN est capable de se lier de manière irreversible à laproteine MSG, dépliée par une augmentation de la temperature, dans un ratio stoechiométrique 1/1. Le complexMSG/PhCPN a été isolé et characterisé. En particulier, la surface d’interaction entre PhCPN et cette large protéine substrat a été déterminée grâce à la RMN et la mciroscopie électronique.De plus, l’inhibition de la formation de fibres amyloïdes issues de l’Amyline parla Chaperonine a été étudiée par RMN et fluorescence de la ThT. Il a été notammentmontré que la Chaperonine retarde l’apparition des fibres amyloïdes, quelque soit l’état oligomerique de PhCPN. Le rôle de la Chaperonine sur les méchanismes de nucléation et d’élongation des fibres amyloïdes de l’Amylin a également été étudié. / Chaperonins are molecular machineries involved in the prevention of protein misfolding. These large macromolecules (approximately 1 MDa) are present in all domains of life and globally organized in two stacked rings on top of one another, hosting a cavity in their respective centers. By hydrolyzing ATP within their cavities, these rings can switch between twomajor structural states, an open and a closed conformation, to trap and refold misfolded proteins. Among the different types of molecular chaperones, chaperonins are of particular interest because their mechanism of action is not yet totally understood.This thesis focused on the study of PhCPN, the Chaperonin fromPyrococcus horikoshii,and its interaction with substrate proteins by various biochemical and biophysical techniques including NMR. In fact, NMR spectroscopy is a powerful tool to probe transient interactions in solution, at atomic resolution. Especially, specific isotope labeling of methyl groups is a technique of choice to study huge protein assemblies such as PhCPN chaperonin because they overcome the liquid-state NMR size limitation. To study the protein folding within the cavities of PhCPN, two different model substrate of various sizes and biological functions were selected. Particularly, one of these substrates (Malate Synthase G /MSG) forms amorphous aggregates when submitted to heat while the other (Amylin) is able to self-associate into amyloid fibrils. During this thesis, I have demonstrated that the Chaperonin PhCPN can prevent the aggregation of the chosen substrates.In fact, the PhCPN Chaperonin is able to irreversibly bind thermally unfoldedMSGin a 1/1 ratio. TheMSG/PhCPN complex was isolated and characterized. Especially, theinteraction surface between PhCPN and this large substrate protein was investigated using a combination of NMR and EM.In addition, the inhibition of the Amylin fibrillation by the Chaperonin was investigated using NMR and ThT fluorescence assays. It was shown that the Chaperonin delays the fibrils formation, no matter its oligomeric state. The role of the Chaperonin on the Amylin nucleation and fibril elongation mechanisms was investigated.

La reacción de transposición de Beckmann de cetoximas en amidas es una de las etapas fundamentales en la producción industrial de la -caprolactama, precursor en la fabricación de Nylon-6 a partir de ciclohexanona oxima. El procedimiento clásico industrial a gran escala se realiza en fase líquida utilizando ácido sulfúrico como catalizador. Con objeto de evitar la utilización de ácido sulfúrico se han realizado numerosas investigaciones para desarrollar un catalizador sólido adecuado para llevar a cabo la reacción de transposición de Beckmann. En esta tesis doctoral se ha estudiado la reacción de transposición de Beckmann de diferentes tipos de oximas, lineales como la acetofenona oxima y cíclicas como la ciclohexanona o ciclododecanona oximas, sobre zeolitas y materiales mesoporosos como catalizadores, variando los tamaños de poro y la naturaleza de los centros activos. El estudio se ha abordado combinando técnicas espectroscópicas 'in situ', infrarrojo y RMN de sólidos y cálculos teóricos, con objeto de profundizar en el mecanismo de reacción y en la naturaleza, ácidos Brönsted o grupos silanoles, de los centros activos en la transposición de Beckmann en zeolitas y materiales mesoporosos, y su localización. La combinación de la técnica de RMN de sólidos 'in situ' y los cálculos teóricos de los modelos de interacción oxima-zeolita indica que el primer paso de la reacción de transposición de Beckmann cuando se utilizan catalizadores con centros ácidos Brönsted es la protonación de la oxima en el átomo de nitrógeno. Los grupos silanoles presentes en zeolitas y materiales mesoporosos activos en la reacción, no son suficientemente ácidos para transferir el protón a la oxima, produciéndose interacción a través de puentes de hidrógeno. Los resultados obtenidos muestran que los grupos ácidos Brönsted y los grupos silanoles, situados en el interior o en la boca de poro de las zeolitas, o en los mesoporos de la MCM-41 son activos en la reacción de transposición de Beckma / Fernández Sánchez, AB. (2008). Aplicación de métodos espectroscópicos "in situ" en el estudio de la reacción de transposición de Beckmann catalizada por sólidos porosos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4061

[EN] The Selective Catalytic Reduction of nitrogen oxides (SCR-NOx) is nowadays a very relevant process for reducing NOx emissions in diesel vehicles, which must comply with increasingly restrictive European regulations. In this thesis the reaction mechanism and active centers in Cu-zeolite catalysts with different structures has been investigated. For his purpose two in situ spectroscopic techniques were mainly used, being Nuclear Magnetic Resonance NMR and Electron Paramagnetic Resonance EPR, which allowed the detection of reaction intermediates and identification of Cu active species. In particular we have studied the SCR-NOx reaction using NH3 as the reducing agent and Cu-zeolites catalysts with the chabazite structure. The preliminary study of the interaction of the catalysts with NH3 has shown the formation of several Cu-NH3 complexes with different stability. At SCR typical reaction temperatures (250 ° C), ammonia forms NH4+ ions in Brønsted acids centers of the zeolite and stable Cu+-(NH3) complexes, while Cu2+ remains isolated at the 6R plane, which is precisely the active site. However, when studying species formed on Cu-zeolites in the presence of the reaction mixture NH3/NO/O2, it appears that NH4+ ions are consumed during reaction and the formation of various intermediates including nitrite/nitrate species that decompose at T > 250 ° C to the reaction products (N2 and H2O). We also investigated the mechanism of the SCR-NOx reaction using C3H8 as the reducing agent and Cu-zeolites of different topology with medium and large pore systems. The results show the formation of a hydrocarbon activated species in the Cu2+ which is related to the catalytic activity. Furthermore, isolated Cu2+ is an active site that is reduced to Cu+ during reaction, and then re-oxidized to Cu2+ in the presence of O2. Finally, the hydrothermal stability of Cu-zeolites has been studied, since it is a prerequisite for its application as SCR catalysts, comparing the very hydrothermally stable Cu-SSZ-13 zeolite and the Cu-ZSM-5 which is completely disabled after hydrothermal treatment. The findings suggest the origin of the deactivation to be a change in the coordination of isolated Cu2+ in the Cu-ZSM-5 type to form CuAlOx species which are inactive in the SCR-NOx reaction. / [ES] La Reducción Catalítica Selectiva de óxidos de nitrógeno, SCR-NOx (acrónimo del inglés Selective Catalytic Reduction of NOx) es un proceso muy importante actualmente para la reducción de las emisiones de NOx en vehículos diésel, que deben ajustarse a nuevas normativas europeas más restrictivas. En la presente tesis doctoral se ha investigado el mecanismo de reacción y los centros activos en catalizadores de Cu en zeolitas (Cu-zeolitas) con distintas estructuras. Para ello se han utilizado fundamentalmente dos técnicas espectroscópicas in situ, la resonancia magnética nuclear RMN y la resonancia paramagnética electrónica EPR, que han permitido la detección de intermedios de reacción y la identificación de especies de Cu activas. En concreto se ha estudiado la reacción SCR-NOx utilizando NH3 como reductor y catalizadores Cu-zeolitas con estructura chabazita. Los resultados obtenidos en el estudio preliminar de la interacción del catalizador con el NH3 muestran la formación de distintos complejos de Cu-NH3 con diferente estabilidad. A la temperatura de reacción (250 °C), el amoniaco forma iones NH4+ en centros ácidos Brønsted de la zeolita y complejos Cu+(NH3) estables, y el Cu2+ permanece aislado en el plano de los anillos 6R, que es precisamente el centro activo. Sin embargo, cuando se estudian las especies formadas con la mezcla de reacción NH3/NO/O2 en las Cu-zeolitas, se observa que los iones NH4+ se consumen en el transcurso de la reacción y la formación de varios intermedios incluyendo nitritos/nitratos que descomponen a T > 250 °C a los productos de reacción (N2 y H2O). También se ha investigado el mecanismo de la reacción SCR-NOx utilizando C3H8 como reductor y Cu-zeolitas de distinta topología con tamaños de poros medio y grande. Los resultados obtenidos evidencian la formación de una especie activada del hidrocarburo en el Cu2+ que está relacionada con la actividad catalítica. Además el Cu2+ aislado es un centro activo que se reduce a Cu+ en el transcurso de la reacción, y se re-oxida posteriormente a Cu2+ en presencia de O2. Finalmente, se ha estudiado la estabilidad hidrotermal de las zeolitas con cobre, puesto que es una condición indispensable para su aplicación como catalizadores SCR, comparando la zeolita Cu-SSZ-13 muy estable hidrotermalmente, y la Cu-ZSM-5 que se desactiva por completo tras el tratamiento hidrotermal. Los resultados obtenidos apuntan que el origen de la desactivación es el cambio en la coordinación del Cu2+ en la Cu-ZSM-5 para formar especies tipo CuAlOx inactivas en la reacción. / [CA] La reducció catalítica selectiva d'òxids de nitrogen, SCR-NOx (acrònim del anglès Selective Catalytic Reduction of NOx) és un procés molt important actualment per a la disminució de les emissions de NOx en vehicles dièsel, que deuen ajustar-se a les normatives europees més restrictives. En la present tesi doctoral s'ha investigat el mecanisme de reacció i els centres actius en catalitzadors de Cu en zeolites (Cu-zeolites) amb diferents estructures. Per a dur a terme aquesta tasca s'han utilitzat fonamentalment dos tècniques espectroscòpiques in situ, la ressonància magnètica nuclear RMN i la ressonància paramagnètica electrònica EPR, les quals han permès la detecció d'intermedis de reacció i la identificació d'espècies de Cu actives. Concretament s'ha estudiat la reacció SCR-NOx emprant NH3 com a reductor i catalitzadors Cu-zeolita amb estructura chabacita. Els resultats obtinguts en l'estudi preliminar de la interacció del catalitzador amb NH3 mostren la formació de diversos complexes de Cu-NH3 amb diferent estabilitat. A la temperatura de reacció (250 °C), l'amoníac forma ions NH4+ en centres àcids Brønsted de la zeolita i complexes Cu+(NH3) estables, a més, el Cu2+ roman aïllat en el plànol dels anells 6R, que és precisament el centre actiu. No obstant, quan s'estudien les espècies formades amb la mescla de reacció, NH3/NO/O2 en les Cu-zeolites, s'observa que els ions NH4+ es consumeixen durant la reacció i la formació de diversos intermedis incloent nitrits/nitrats que descomponen, a T > 250 °C, als productes de la reacció (N2 y H2O). També s'ha estudiat el mecanisme de la reacció SCR-NOx utilitzant C3H8 com a reductor i Cu-zeolites amb diferent topologia amb mides de porus mitges i grans. Els resultats obtinguts evidencien la formació d'una espècie en forma activa del hidrocarbur al Cu2+ que està relacionada amb l'activitat catalítica. A més a més, el Cu2+ aïllat és un centre actiu que és redueix amb el transcurs de la reacció, i es re-oxida posteriorment a Cu2+ en presència de O2. Finalment, s'estudia l'estabilitat hidrotermal de les zeolites amb coure, puix que és una condició indispensable per a la seua aplicació com a catalitzadors SCR, comparant la zeolita Cu-SSZ-13 que és molt estable hidrotermalment, i Cu-ZSM-5 que es desactiva completament després del tractament hidrotermal. Els resultats obtinguts indiquen que la causa de la desactivació és el canvi en la coordinació del Cu2+ en Cu-ZSM-5 per a formar espècies tipus CuAlOx que són inactives a la reacció. / Moreno González, M. (2015). APLICACIÓN DE TÉCNICAS ESPECTROSCÓPICAS IN SITU AL ESTUDIO DE REACCIONES DE INTERÉS MEDIOAMBIENTAL: ELIMINACIÓN DE ÓXIDOS DE NITRÓGENO [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/52601