Les petites GTPases de la famille Arf, régulateurs majeurs du trafic membranaire, sont activé par plusieurs familles de facteurs d’échange nucléotidiques (ArfGEFs). Les ArfGEFs jouent un rôle essentiel dans l’intégration des signaux de régulation qui conduisent à l’activation d’Arf au niveau de compartiments cellulaires spécifiques, cependant les mécanismes par lesquels ils ciblent les Arfs activés aux membranes spécifiques et leur coordination avec l’échange de nucléotide reste peu comprise. Nous utilisons ici la cristallographie et la reconstitution des activités ArfGEF sur des membranes artificielles pour analyser ces mécanismes pour un ArfGEF humain atypique, impliqués dans l’endocytose de récepteurs et associé à l’invasion tumorale dans de nombreuses cellules cancéreuses. Les membres de cette famille ont été décrits comme des GEFs spécifique d’Arf6, et comporte un domaine de type PH après leur domaine Sec7. Dans la deuxième partie de ma thèse, nous voulions savoir comment les isoformes Arf1 et Arf6 achevaient leurs fonctions dans la cellule. Arf1 et Arf6 sont très similaires: elles possèdent plus de 60% d’identité de séquence, et des études structurales ont montré que la surface qu’ils utilisent pour interagir avec leurs régulateurs et effecteurs est essentiellement identique en séquence et en structure. Cependant, elles ont des fonctions différentes dans la cellule et des propriétés différentes in vitro, pour lesquelles aucune donnée structurale n’a donné d’explications. Nous utilisons ici la cristallographie, le SAXS et la RMN pour comprendre la différence entre ces deux isoformes. / Small GTPases of the Arf family, which are pivotal regulators of membrane traffic in eukaryotes, are activated by several families of guanine nucleotide exchange factors (ArfGEFs). ArfGEfs play a key role in processing upstream regulatory signals that lead to Arf activation onto specific subcellular compartments, yet the mechanisms by which they target activated Arfs to specific membranes and their coordination with nucleotide exchange remain poorly understood. Here we used X-ray crystallography and reconstitution of ArfGEF activities on artificial membranes to analyze these mechanisms for an atypical human ArfGEF, involved in receptor endocytosis and associated with tumour invasion in various cancer cells. Members of this family have been described as Arf6-specific GEFs, and carry a PH-like domain downstream their Sec7 domain. In a second part of the work we wanted to know how the isoforms Arf1 and Arf6 achieve exquisitely specific functions in cells. Arf1 and Arf6 are highly similar: they have over 60% sequence identity, and structural studies have shown that the surfaces they use to interact with regulators and effectors are essentially identical in sequence and structure. Yet, they have non-overlapping functions in cells. Arf1 is a major regulator of most aspects of vesicular traffic, while Arf6 is restricted to the plasma membrane where it acts at the crossroads of trafficking and cytoskeleton functions (D'Souza-Schorey and Chavrier 2006). Consistent with their cellular specificities, Arf1 and Arf6 also have distinctive biochemical properties in vitro, for which no straightforward structural explanation has been put forward. Here we used X-ray crystallography, synchrotron SAXS experiments and NMR to assess the difference between these two isoforms.

De nombreuses bactéries pathogènes piratent les machineries qui régulent le trafic cellulaire pour échapper à la réponse immunitaire de l’hôte ou faciliter leur multiplication. Les familles de petites protéines G Arf et Rab sont des régulateurs majeurs de la régulation du trafic intracellulaire et sont de ce fait des cibles privilégiées pour de nombreuses bactéries pathogènes. Ces pathogènes intracellulaires injectent dans leur cellule hôte des effecteurs capables d’imiter l’activité biochimique de leurs régulateurs pour activer, inhiber ou moduler l’activité des protéines. Ce projet porte sur l’étude de la famille de régulateurs bactériens RalF présents chez les bactéries Legionella pneumophila et Rickettsia prowazekii, les agents responsables de la maladie du Légionnaire et du typhus épidémique, respectivement. RalF possède un domaine catalytique apparenté à celui des facteurs d’échange eucaryotes dont le la fonction est d’activer la petite protéine G Arf. Cet effecteur bactérien agit comme un régulateur illégitime pour détourner les fonctions cellulaires de Arf1. L’objectif de cette thèse est de décrypter les mécanismes biophysiques, structuraux et dynamiques de régulation de la famille RalF pour comprendre les interactions protéine-protéine ou protéine- membrane impliqués dans le piratage de la fonction de Arf1. La combinaison d’études biochimiques et structurales nous ont permis de montrer que RalF est régulé par un cluster aromatique « senseur » de l’environnement lipidique lui permettant de localiser Arf1 à une membrane spécifique. / Many pathogenic bacteria highjack the cellular machineries that control cellular traffic in order to escape the host immune response, or to facilitate their replication. Small GTP-binding proteins (GTPases) of the Arf and Rab families, which are pivotal regulators in these processes, have thus been identified as targets for various human intracellular pathogens. To that purpose, these pathogens translocate bacterial effectors in the host cell, which mimics biochemical functions of their regulators to activate, inhibit or modulate of theses proteins. In this work, we study RalF, a family of bacterial regulators, which are translocated in host cells by the human intracellular pathogens Legionella pneumophila and Rickettsia prowazekii, which are responsible for Legionnaire’s disease and epidemic typhus, respectively. RalF possesses a catalytic domain related to eukaryotic exchange factors, which stimulate GDP/GTP exchange to activate small G-proteins Arf. This bacterial effector acts as an illegitimate regulator to divert cellular functions of Arf1. The aim of this work is to decipher biophysical, structural and dynamics regulation mechanisms of RalF family to understand the intramolecular protein-protein and protein-membrane interactions that underlie highjacking of Arf1 function. Using biochemical and structural analyses we showes how RalF is regulated by a membrane “sensor” to recruit Arf1 at specific membrane locations.