Le but de ce travail de thèse a été de développer à MIRC en une capacité à observer deux aspects clefs du métabolisme cérébral chez le rongeur par spectroscopie RMN des noyaux X : le métabolisme mitochondrial du glucose à partir de l’observation du 13C et la synthèse d’ATP par observation du 31P. Ces développements s’inscrivent à la fois dans une recherche fondamentale pour améliorer notre compréhension du signal RMN et raffiner son analyse ainsi que du métabolisme cérébral chez les sujets sains. Ils s’inscrivent aussi dans une recherche translationnelle avec la possibilité d’évaluer certains aspects du métabolisme comme potentiels biomarqueurs de maladies neurodégénératives. Ces travaux ont pu être réalisés à très haut champ (11.7T) permettant d’obtenir un meilleur rapport signal à bruit. Dans un premier temps, nous présenterons le développement d’une séquence de transfert de saturation pour la mesure des flux de synthèse d’adénosine triphosphate (ATP) et de phosphocréatine (PCr). Cette séquence a été optimisée pour sélectionner avec un module de localisation ISIS le signal émis par le cerveau uniquement. Avec l’augmentation de la résolution spectrale à haut champ, cette séquence a pu être utilisée pour caractériser le phosphate inorganique extracellulaire, et prévenir un biais de quantification possible à plus bas champ. De plus, elle a permis l’observation de l’adaptation du métabolisme cérébral chez les rats transgéniques BACHD, modèles de la maladie de Huntington. Ces rats présentent une augmentation d’environ 10% de la concentration de PCr permettant de pallier à leur plus faible taux de synthèse d’ATP qui lui est diminué de moitié. Dans un second temps, la mise en place d’un pipeline automatisé d’analyse des données a permis d’explorer le modèle métabolique bicompartimental de la consommation de glucose observée en spectroscopie 13C, qui prend en compte le cycle de Krebs dans les neurones et les astrocytes. Deux corrections majeures ont été apportées au modèle traditionnel permettant d’expliquer les dynamiques à moyen et long termes. La première est la mise en évidence d’un pool de glutamate vésiculaire agissant comme tampon temporel au marquage du glutamate, la seconde est la présence d’une dilution 6 fois plus importante de pyruvate vers les astrocytes que vers les neurones. Ces résultats viennent renforcer les hypothèses entourant le couplage métabolique entre ces deux types cellulaires. Ces hypothèses ont pu être testées après l’optimisation d’une séquence d’acquisition du signal RMN des noyaux 13C par transfert de polarisation (DEPT), testée in vivo dans le cerveau du rat sain. Finalement, l’utilisation combinée de la spectroscopie 31P et 13C a été appliquée chez le rat sous intoxication chronique au 3-NP, une toxine inhibant le cycle de Krebs et utilisée comme modèle de la maladie de Huntington. / The aim of this thesis was to develop at MIRCen new capabilities to observe two key aspects of energy metabolism in rodent brains using X nuclei NMR spectroscopy: glucose consumption with 13C spectroscopy and adenosine triphosphate (ATP) synthesis with 31P measurements. These developments will be used to both expand general understanding of brain metabolism in healthy subjects but also provide technical tools to search for biomarkers in translational projects of drug development applied to neurodegenerative diseases. This work was done at very high field (11.7T) where signal to noise could be maximized. In the first part, we present the optimization of saturation transfer sequence to measure ATP synthesis rate as well as phosphocreatine (PCr) synthesis rate. With ISIS module, the signal was localized to a voxel containing only the brain, eliminating outside source of signal. With the higher spectral resolution offered by high fields, a second, extracellular pool of Pi was characterized which could prevent possible biases in flux quantification of ATP synthesis. This sequence was also applied to measure metabolic adaptation of BACHD rat models (models of Huntington’s disease, HD) where it was found that the 10% increase in PCr concentration could palliate the ATP synthase activity that is halved in this model. In the second part, we present how deeper analysis of 13C data using automatic differential equation writing script was used to better understand the bicompartmental model of glucose degradation to glutamate and glutamine, which accounts for TCA cycle in neurons and astrocytes. Two major corrections were made to the traditional model, to fit mid- and long-term unexplained dynamics. Looking at glutamate and glutamine isotopomer labeling dynamics, the necessity of adding a vesicular glutamate temporal buffer was made evident. The distinction between astrocytic and neuronal pyruvate dilution also showed that astrocytes use up to 6 times more pyruvate than neurons showing intricate metabolic coupling between the two cell types. These results have then been tested in vivo after optimization of the ISIS-DEPT sequence to observe 13C labeling in the rat brain. Finally, experiments combining 31P and 13C spectroscopy were performed on rats chronically intoxicated with 3-NP, a toxin inhibiting TCA cycle which is used as a model of HD.

La spectroscopie localisée par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) a de nombreuses applications in vivo, car cette technique permet l'étude des métabolites endogènes. Cette thèse explore dans ce contexte diverses voies d'amélioration des données de spectroscopie. La première méthode présentée, est une méthode de correction de spectre mono-voxel. Une méthode de reconstruction pour l'imagerie spectroscopique s'appuyant sur la résolution d'un système d'équations linéaires au lieu de la transformation inverse de Fourier utilisée habituellement est ensuite proposée. Cette modification permet notamment la prise en compte des défauts du champ magnétique local. Enfin, une dernière méthode qui trouve son utilité lorsque le signal est trop faible pour permettre la quantification des signaux des métabolites ou lorsque les défauts du champ magnétique sont trop importants est développée puis validée par simulation et expérimentalement. / The selection a small region within the body is a critical requirement for in vivo NMR spectroscopy. This thesis presents different methods to optimize this selection and avoid contamination with extraneous signals even in presence of static magnetic field inhomogeneities and radiofrequency pulses imperfections.The first method presented allows for correcting single-voxel spectrum.The second reconstruction method for spectroscopic imaging is based on solving a system of linear equations instead of the inverse Fourier transform usually used.This particular modification allows taking into account defects in the local magnetic field.The last method developedallows metabolites quantificationeven when the signal is weak or when themagnetic field defects are large.

Nesta tese investigamos o estado normal (T > Tc) dos Yba2Cu3O6+x supercondutores de alto Tc. As técnicas da RMN e RQN foram empregadas para estudar as respostas estática e dinâmica do sistema de spins eletrônicos em função da temperatura, para diversas concentrações de oxigênio: x = 0.5 (cristal 1), 0.92 (cristal 2), 0.94 (cristal 3) e 1.0 (cristais 4 e 5). Focalizando diferentes sítios nucleares a RMN pode fornecer uma informação mais rica da susceptibilidade dinâmica, X (q.w), abrangendo diferentes regiões da Zona de Brillouin (ZB). Com os sítios do 17O(2,3) e do 89Y sensoreamos a região próxima ao centro do ZB, q == 0, enquanto que com o sitio do Cu(2) exploramos o extremo do ZB, (q == QAF). Foi realizado um estudo comparativo da RMN dos sítios do Cu(2), do O(2,3) e do Y sobre o cristal 1. Da comparação entre os deslocamentos hiperfinos magnéticos do Y e do O(2,3) extraímos as contribuições orbitais e as constantes de acoplamento hiperfino do Y. A razão entre as relaxações spin-rede do O(2,3) e do Y mostrou-se independente da temperatura, e próxima do esperado teoricamente a partir das constantes hiperfinas no cenário do hamiltoniano de Mila e Rice. Questões como a dependência da taxa de relaxação spin-rede (T1-1) com a intensidade do campo e a anisotropia da susceptibilidade estática de spin foram estudadas sobre o cristal 2. Acima de Tc, para o Cu(2), não foi encontrada nenhuma dependência de T1 com a intensidade do campo. Os resultados sobre o Y indicam uma anisotropia da susceptibilidade e do tensor de acoplamento hiperfino. Uma extensa comparação entre os resultados da RMN e da Difusão Inelástica de Nêutrons (DIN) foi realizada sobre as mesmas amostras (cristais 4 e 5), fato inédito ate então. Propõe-se um modelo gaussiano para X\"~q,o», compatível com as experiências de nêutrons, no qual o comprimento de correlação ~ foi fixado pelos resultados da DIN sobre o cristal 2. Analisando a relaxação spin-spin do Cu(2), 63(T2g)-1, em função deste modelo, extraímos a susceptibilidade estática X\'(q=QAF) em unidades absolutas e encontramos um fator de Stoner X\'(q=QAF) / X\'(q=O) ~ 10. Da análise conjunta de 63(T1T)-1 e 63 (T2g)-1 obtivemos a energia característica das flutuações AF, rAF::::3:0meV, em excelente acordo com a DIN. Estes mesmos resultados permitiram evidenciar, exclusivamente através do RMN, quando ocorre a abertura de um gap de spin. Neste trabalho mostramos que resultados da DIN são compatíveis com a RMN para o sitio do Cu(2), porem, sérias dificuldades são encontradas para explicar os resultados sobre os sítios do Y e, principalmente, do O(2,3). As alternativas para este problema são discutidas. Os resultados obtidos nesta tese levaram ao estabelecimento de um diagrama de fase, segundo a RMN, do estado normal dos Yba2Cu3O6+x supercondutores, cobrindo do regime sub-dopado ao regime sobre-dopado, passando pela composição de dopagem ótima. / The normal state(T > Tc) of the high Te superconducting Yba2Cu3O6+x was studied. The NMR and NQR techniques were employed in order to investigate the static and dynamic responses of the electronic spin system as function of temperature, for the following oxygen contents: x = 0.5 (crystal 1), 0.92 (crystal 2), 0.94 (crystal 3) e 1.0 (crystals 4 and 5). Focusing various nuclear sites the NMR could give a more rich information of the dynamical susceptibility, X(q,ffi), probing different regions of the Brillouin Zone (ZB). With 17O(2,3) and 89Y sites the BZ center, q:: 0, was studied, while with the Cu(2) site it was the BZ extreme, (q:: QAF) that was investigated. In crystal 1 we have compared the NMR of the Cu(2), O(2,3) and Y sites. From the comparison between the Y and O(2,3) magnetic hyperfine shift we have extracted the orbital contributions and the Y hyperfine coupling tensor. The ratio between the O(2,3) and Y nuclear spin lattice relaxation rate was found to be temperature independent, and its value was in fair agreement with what it was expected theoretically from the coupling constants within the picture of the Mila-Rice Hamiltonian. Problems such as the field intensity dependence of the spin-lattice -relaxation rate (T1-1) and the anisotropy of the static susceptibility where investigated in crystal 2. Above Tc, for the Cu(2) site, we have not found any field dependence of T1. Our results on the Y site indicate an anisotropy of both the static susceptibility and the Y coupling tensor. An extensive comparison between the NMR and the Inelastic Neutron Diffusion (IND) results was done in the very same samples, crystals 2 and 4. In accordance to neutron data a Gaussian model for X\"AF( q,ro) is proposed, in which the coherence length ~ was fixed by the IND results in crystal 2. Analyzing the Cu(2) nuclear spin-spin relaxation rate, 63(T2g)-1, as function of this model, we have extracted the staggered susceptibility X\'(q=QAF) in absolute units, finding a Stoner factor X \'( q=QAF) / X\'( q=O) ~ 10. From the analysis of 63(T1T)-1 together with 63(T2g)-1 we have obtained the AF characteristic energy, rAF ::::l 30meV, in excellent agreement with IND. These results provided us a powerful method to evidence the opening of a spin pseudo gap, exclusively from the NMR results. A consistent picture arise from the comparison between IND and the Cu(2) NMR. In contrast, it is hard to explain the Y and, specially, the O(2,3) results within this same picture. The theoretical alternatives to this puzzle are discussed. The whole set of results we have obtained led us to propose a NMR based phenomenological phase diagram for the normal state of the superconducting Yba2Cu3O6+x, covering from the under doped regime to the over doped regime, passing through the optimal doping.

Dans les milieux où la densité et la polarisation nucléaire sont importantes (par exemple l'eau dans un fort champ magnétique en RMN haute résolution, ou le xénon 129 et l'hélium 3 liquides polarisés au-delà de la polarisation d'équilibre par pompage optique), la densité d'aimantation est suffisante pour que la dynamique de cette aimantation soit influencée par les couplages non-linéaires induits par les champs magnétiques dipolaires. <br />Ce travail de thèse comprend d'abord une étude expérimentale des effets de ces couplages dipolaires dans un échantillon en forme de tube en U de xénon 129 liquide hyperpolarisé (jusqu'à 6% de polarisation obtenu par pompage optique) ; la dynamique de l'aimantation y est étudiée par résonance magnétique nucléaire (RMN) dans un champ magnétique peu intense (1.5 mT). <br />Puis nous détaillons quelques modèles numériques destinés à reproduire les comportements observés récemment dans les systèmes hyperpolarisés expérimentaux et plus généralement utilisables dans tous les cas où les couplages dipolaires jouent un rôle. <br /><br />Etude expérimentale et modélisations démontrent que les caractéristiques de l'évolution de l'aimantation dépendent crucialement de paramètres tels que la forme de l'échantillon, l'angle de basculement et l'importance relative des champs dipolaires et des variations spatiales des champs appliqués. Dans les échantillons anisotropes et à faibles angles de basculement, le spectre RMN présente une structure en plusieurs raies fines et résolues ("spectral clustering") ; ceci correspond à une organisation spatiale de l'aimantation en modes indépendants . <br />Dans tous les systèmes, à grands angles de basculement, les temps de vie peuvent être raccourcis de manière spectaculaire (de deux ordres de grandeur) ; ceci s'interprète comme une instabilité de précession aboutissant à des distributions désordonnées d'aimantation.

Nesta tese investigamos o estado normal (T > Tc) dos Yba2Cu3O6+x supercondutores de alto Tc. As técnicas da RMN e RQN foram empregadas para estudar as respostas estática e dinâmica do sistema de spins eletrônicos em função da temperatura, para diversas concentrações de oxigênio: x = 0.5 (cristal 1), 0.92 (cristal 2), 0.94 (cristal 3) e 1.0 (cristais 4 e 5). Focalizando diferentes sítios nucleares a RMN pode fornecer uma informação mais rica da susceptibilidade dinâmica, X (q.w), abrangendo diferentes regiões da Zona de Brillouin (ZB). Com os sítios do 17O(2,3) e do 89Y sensoreamos a região próxima ao centro do ZB, q == 0, enquanto que com o sitio do Cu(2) exploramos o extremo do ZB, (q == QAF). Foi realizado um estudo comparativo da RMN dos sítios do Cu(2), do O(2,3) e do Y sobre o cristal 1. Da comparação entre os deslocamentos hiperfinos magnéticos do Y e do O(2,3) extraímos as contribuições orbitais e as constantes de acoplamento hiperfino do Y. A razão entre as relaxações spin-rede do O(2,3) e do Y mostrou-se independente da temperatura, e próxima do esperado teoricamente a partir das constantes hiperfinas no cenário do hamiltoniano de Mila e Rice. Questões como a dependência da taxa de relaxação spin-rede (T1-1) com a intensidade do campo e a anisotropia da susceptibilidade estática de spin foram estudadas sobre o cristal 2. Acima de Tc, para o Cu(2), não foi encontrada nenhuma dependência de T1 com a intensidade do campo. Os resultados sobre o Y indicam uma anisotropia da susceptibilidade e do tensor de acoplamento hiperfino. Uma extensa comparação entre os resultados da RMN e da Difusão Inelástica de Nêutrons (DIN) foi realizada sobre as mesmas amostras (cristais 4 e 5), fato inédito ate então. Propõe-se um modelo gaussiano para X\"~q,o», compatível com as experiências de nêutrons, no qual o comprimento de correlação ~ foi fixado pelos resultados da DIN sobre o cristal 2. Analisando a relaxação spin-spin do Cu(2), 63(T2g)-1, em função deste modelo, extraímos a susceptibilidade estática X\'(q=QAF) em unidades absolutas e encontramos um fator de Stoner X\'(q=QAF) / X\'(q=O) ~ 10. Da análise conjunta de 63(T1T)-1 e 63 (T2g)-1 obtivemos a energia característica das flutuações AF, rAF::::3:0meV, em excelente acordo com a DIN. Estes mesmos resultados permitiram evidenciar, exclusivamente através do RMN, quando ocorre a abertura de um gap de spin. Neste trabalho mostramos que resultados da DIN são compatíveis com a RMN para o sitio do Cu(2), porem, sérias dificuldades são encontradas para explicar os resultados sobre os sítios do Y e, principalmente, do O(2,3). As alternativas para este problema são discutidas. Os resultados obtidos nesta tese levaram ao estabelecimento de um diagrama de fase, segundo a RMN, do estado normal dos Yba2Cu3O6+x supercondutores, cobrindo do regime sub-dopado ao regime sobre-dopado, passando pela composição de dopagem ótima. / The normal state(T > Tc) of the high Te superconducting Yba2Cu3O6+x was studied. The NMR and NQR techniques were employed in order to investigate the static and dynamic responses of the electronic spin system as function of temperature, for the following oxygen contents: x = 0.5 (crystal 1), 0.92 (crystal 2), 0.94 (crystal 3) e 1.0 (crystals 4 and 5). Focusing various nuclear sites the NMR could give a more rich information of the dynamical susceptibility, X(q,ffi), probing different regions of the Brillouin Zone (ZB). With 17O(2,3) and 89Y sites the BZ center, q:: 0, was studied, while with the Cu(2) site it was the BZ extreme, (q:: QAF) that was investigated. In crystal 1 we have compared the NMR of the Cu(2), O(2,3) and Y sites. From the comparison between the Y and O(2,3) magnetic hyperfine shift we have extracted the orbital contributions and the Y hyperfine coupling tensor. The ratio between the O(2,3) and Y nuclear spin lattice relaxation rate was found to be temperature independent, and its value was in fair agreement with what it was expected theoretically from the coupling constants within the picture of the Mila-Rice Hamiltonian. Problems such as the field intensity dependence of the spin-lattice -relaxation rate (T1-1) and the anisotropy of the static susceptibility where investigated in crystal 2. Above Tc, for the Cu(2) site, we have not found any field dependence of T1. Our results on the Y site indicate an anisotropy of both the static susceptibility and the Y coupling tensor. An extensive comparison between the NMR and the Inelastic Neutron Diffusion (IND) results was done in the very same samples, crystals 2 and 4. In accordance to neutron data a Gaussian model for X\"AF( q,ro) is proposed, in which the coherence length ~ was fixed by the IND results in crystal 2. Analyzing the Cu(2) nuclear spin-spin relaxation rate, 63(T2g)-1, as function of this model, we have extracted the staggered susceptibility X\'(q=QAF) in absolute units, finding a Stoner factor X \'( q=QAF) / X\'( q=O) ~ 10. From the analysis of 63(T1T)-1 together with 63(T2g)-1 we have obtained the AF characteristic energy, rAF ::::l 30meV, in excellent agreement with IND. These results provided us a powerful method to evidence the opening of a spin pseudo gap, exclusively from the NMR results. A consistent picture arise from the comparison between IND and the Cu(2) NMR. In contrast, it is hard to explain the Y and, specially, the O(2,3) results within this same picture. The theoretical alternatives to this puzzle are discussed. The whole set of results we have obtained led us to propose a NMR based phenomenological phase diagram for the normal state of the superconducting Yba2Cu3O6+x, covering from the under doped regime to the over doped regime, passing through the optimal doping.

Le but de cette thèse est de décrire l'impact des fluctuations thermiques quantiques sur les spectres XANES et RMN du solide, à l'aide d'une étude conjointe expérimentale et théorique. Ce projet comporte deux volets. D'une part, il s'agit d'acquérir des données expérimentales de très bonne qualité, afin d'observer et comprendre l'influence des vibrations quantiques dans les oxydes d'éléments légers. D'autre part, un modèle théorique est mis en place afin de reproduire les effets observés expérimentalement et décrire leur origine d'un point de vue fondamental. L'approche théorique développée est fondée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. Dans le cadre de l'approximation de Born-Oppenheimer et de l'approximation quasi-harmonique, les fluctuations thermiques de nature quantiques sont modélisées en générant des configurations atomiques obéissant à la statistique quantique à température finie. Les spectres XANES et paramètres RMN sont, par la suite, calculés dans ces configurations et les résultats moyens sont comparés aux données spectroscopiques à température finie. Cette approche a été validée par une étude menée dans une série d'oxydes d'éléments légers, où les résultats se sont avérés être en excellent accord avec les données expérimentales originales que nous avons enregistrées. En outre, il est montré que les fluctuations quantiques des noyaux ne jouent pas le même rôle selon la symétrie locale du site atomique sondé. / In this thesis the impact of quantum thermal fluctuations on XANES and solid-state NMR spectra is described using an experimental and theoretical joint study. This project has two components. First, high-quality experimental data are acquired in order to observe and understand the influence of quantum vibrations in light-elements oxides. Second, a theoretical model is set up to reproduce the effects observed experimentally and describe their origin from a fundamental point of view. The developed theoretical approach is based on the density-functional theory. Within the Born-Oppenheimer and quasiharmonic approximations, the quantum thermal fluctuations of nuclei are modeled by generating atomic configurations obeying quantum statistics at finite temperature. The XANES spectra and NMR parameters are subsequently calculated in these configurations and the average results are compared with spectroscopic data at finite temperature. This approach has been validated by a joint theoretical-experimental study conducted in a series of light-element oxides, where the results were found to be in excellent agreement with the original experimental data. In addition, it is shown that the impact of the quantum fluctuations of the nuclei is influenced by the local symmetry of the probed atomic site.

Cette thèse se situe à l’interface entre la biologie et la biophysique. Les méthodologies utilisées recouvrent principalement la résonance magnétique nucléaire (RMN), la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), le dichroïsme circulaire (CD) et la spectroscopie de fluorescence. Une première partie vise à étudier le domaine de liaison à l’ADN (DBD) du récepteur des androgènes (AR) et les déterminants de l’interaction avec l’ADN. Une mutation faux-sens dans le DBD altère la spécificité de reconnaissance de l’ADN du récepteur bien que la structure tridimensionnelle soit identique au DBD sauvage. Les résultats montrent un changement dans la dynamique du récepteur mutant entrainant une déstabilisation de l’homo-dimère.La seconde partie de ma thèse consiste à établir un lien séquence/fonction au niveau du domaine N terminal (NTD) de AR. D’après la littérature, cette région joue un rôle important pour l’activité du récepteur, et elle est également décrite comme étant intrinsèquement désordonnée. Les résultats révèlent que cette région établit des contacts transitoires avec le DBD. Ceci suggère l’existence d'un couplage allostérique entre le DBD et les résidus adjacents sur le NTD.Ce couplage modifie l'ensemble conformationnel accessible au NTD en favorisant une conformation en hélice-α. / My PhD project is at the boundary between biology and biophysic. Methods used include nuclear magnetic resonance (NMR), small ange X-ray scattering (SAXS), circular dichroïsm (CD) and fluorescence spectroscopy. The androgen receptor (AR) DNA binding domain (DBD) and its interaction with DNA was studied in a first part. A mutation in the DBD leads to a modified DNA recognition by the mutant compared to the wild-type. Our results indicate changes in dynamic of the mutant receptor that leads to the homodimer destabilisation.The second part of my project aim to establish a link between sequence and function of the AR N terminal domain (NTD).As described in literature, this region is involved in the activity of the receptor and is also an intrinsically disordered protein (IDP). The results obtained during my thesis indicate that this region is involved in transient contact with the DBD. This suggest an allosteric coupling between the DBD and the neighboring residues on the NTD.This coupling modifies the conformational ensemble accessible to the NTD by stabilizing a α-helix conformation.

La spectroscopie RMN à haute résolution (HR) en rotation à l'angle magique (Magic AngleSpinning, MAS) permet la caractérisation métabolomique tissulaires à partir de faibles quantités de matériel. Nous avons caractérisé par spectroscopie RMN HRMAS le profil métabolomique du neuroblastome de l'enfant et des principales tumeurs surrénaliennes chez l'adulte. Nos résultats se situent parmi les premières explorations par spectrométrie RMN HRMAS de la surrénale. Concernant le neuroblastome, le profil métabolique tumoral a été comparé à celui de la médullosurrénale normale. La relation entre le phénotype métabolomique et des facteurs pronostiques établis en cl inique a été étudiée. L'évolution cl inique des patients a été enfin corrélée au profil métabolomique. Chez l'adulte, nous nous sommes intéressés à l'étude de l'adénome, du corticosurrénalome et du phéochromocytome. Le métabolome tumoral a été ainsi comparé au profil sécrétoire biologique et génétique tumoral. Nos résultats montrent que la spectroscopie RMN HRMAS est une méthode très prometteuse pour l'étude du profil métabolomique de la surrénale et de ses principales pathologies tumorales. / 1 H-high-resolution magic-angle spinning nuclear magnetic resonance (HRMAS NMR) spectroscopy is one of the most innovative technologies for a global study of metabolism analyzing intact tissue samples. We have assessed the metabolic profile of the normal adrenal and its principal primary tu mors in children and adult. Our study represents one of the first applications of HRMAS NMR spectroscopy to adrenal pathology. Firstly, we have analyzed the pediatric neuroblastoma. The tumoral metabolic profile was compared to that of normal adrenal medulla.Thereafter, the relationship between tumoral metabolomic phenotype and selected established prognostic factors was studied. Patient clinical course was finally correlated to tumoral metabolomic profile. ln adults subjects we have established the metabolic profile of adenoma, adrenal cortical carcinoma and pheochromocytoma. Tumor metabolome was correlated to hormonal secretion and patient's genetic profile. Finally, our findings show that HRMAS NMR spectroscopy is a very promising method for the study of metabolomic profile of tumors originating from the adrenal gland in children and adult subjects.

L'omniprésence du collagène dans le corps humain et les nombreuses pathologies qui sont associées à ses anomalies de structure en font un objet d'étude de premier plan. Le collagène possède dans sa séquence primaire de nombreux cycles pyrrolidines stabilisant une structure secondaire de type polyproline II (PPII) et une structure tertiaire en triple hélice correspondant à un superenroulement de trois chaines peptidiques. Lors de ce travail, nous nous sommes intéressés à la synthèse et la caractérisation structurale de peptides mimes de collagène (CMP), seuls ou en présence de collagène de type I. Pour appréhender les différents niveaux de structuration des CMP: conformation locale, structures secondaires, assemblages trimériques et supramoléculaires, nous avons privilégié une approche muti-échelle. Les études que nous avons menées par dichroïsme circulaire et RMN ont visé à analyser en détail les relations entre triples hélices et les différentes espèces monomériques présentes en solution. Grâce à l'utilisation de peptides modèles marqués, nous avons pu mesurer par RMN des paramètres structuraux locaux et les comparer à des simulations de dynamique moléculaire. La présence d'assemblages supramoléculaires a été mise en évidence et analysé d'un point de vue qualitatif, quantitatif et cinétique par des études de DLS, RMN et par différentes approches de microscopies. Enfin, l'ensemble de nos observations nous ont conduit à proposer de nouvelles molécules CMP. Nous avons ainsi entrepris la synthèse de peptidomimétiques fluorés en vue d'améliorer la cinétique de formation et la stabilité de la triple hélice et pour également favoriser des assemblages supramoléculaires ordonnés. / The collagen is omnipresent in the human body and many diseases are associated with its structural anomalies, these are the main reasons to study its stability. Collagen has in its primary sequence many pyrrolidine cycles, which stabilize a secondary structure such polyproline II (PPII), and a triple helix structure where three left-handed helical polypeptide chains are supercoiled. In this work, we focused on the synthesis and structural characterization of collagen model peptides (CMP), alone or in the presence of type I collagen. To understand the different levels of CMP structuration: local conformation, secondary structures, trimeric and supramolecular assemblies, we favoured a multi-scale approach. The studies we conducted by circular dichroism and NMR aimed to analyze the relationship between triple helices and the different monomeric species present in solution. Through the use of labeled peptides models, we were able to measure NMR local structural parameters and compare them to molecular dynamics simulations. The presence of supramolecular assemblies was demonstrated and analyzed from a qualitative, quantitative and kinectics point of view by DLS, NMR and different microscopies approaches. Finally, all of our observations have led us to propose new CMP molecules. We undertook the synthesis of fluorinated peptidomimetics to improve the kinetics formation and stability of the triple helix, and also promote ordered supramolecular assemblies.

Les catalyseurs supportés sur alumine ont un intérêt crucial pour un large domaine de procédés de raffinage. La connaissance des propriétés de texture du support catalytique est un paramètre clé pour l'optimisation des propriétés de transport des réactifs et des produits. Basée sur la grande sensibilité du nuage électronique fortement polarisable de l'atome de xénon à son environnement, la RMN 129Xe s’est avérée être une technique très utile pour étudier la porosité des solides microporeux et mésoporeux comme les zéolithes et les silices. L’objectif de cette thèse est alors de caractériser des matériaux non organisés telles que les alumines-γ grâce à cette technique. Les travaux présentés dans ce manuscrit combinent les résultats des différentes mesures de RMN permettant de caractériser les propriétés de texture et de transport des alumines: - Après avoir déterminé les conditions expérimentales permettant de minimiser l’effet des sites d’adsorption forte sur le déplacement chimique du xénon adsorbé, une corrélation a pu être établie entre le déplacement chimique et la taille de pores déterminée par adsorption d’azote à 77 K (Chapitre 4).- Afin de décrire la diffusion de différents adsorbats (Xe, n-hexane), les décrire les coefficients d’autodiffusion ont été déterminées par RMN à gradients de champ pulsé (129Xe et 1H) permettant ainsi de caractériser les phénomènes de diffusion et d’évaluer la tortuosité (Chapitre 5).- Pour compléter la description de la porosité des alumines–γ, la connectivité des pores, l’échange des atomes de Xe entre divers environnements, a été quantifié par des expériences RMN 2D-Echange réalisées à différentes températures (Chapitre 6). / Alumina-based catalysts have a crucial importance for a wide range of refining processes. The knowledge of the textural properties of catalyst supports is decisive for the optimization of transport properties of reactants and products. Based on the sensitivity of the highly polarizable electron cloud of xenon atom to its environment, 129Xe NMR has proved to be a very useful technique to study the porosity of microporous and mesoporous solids such as zeolites and silicas. The objective of this PhD thesis is to characterize disorganized materials such as γ-aluminas with this technique. The work presented in this manuscript combine the results of different NMR measurements to characterize the texture and transport properties of aluminas:- After identifying the experimental conditions that minimize the effect of strong adsorption sites on the chemical shift of xenon adsorbed, a correlation has been established between the chemical shift and the pore size determined by nitrogen adsorption at 77 K (Chapter 4).- In order to describe the diffusion coefficients of different adsorbates (Xe, n-hexane) were determined by pulsed field gradient NMR (129Xe and 1H) to characterize diffusion phenomena and to assess pore tortuosities (Chapter 5).- For completing the description of γ-aluminas porosity, pore connectivities, exchange of Xe atoms between different environments has been quantified using 2D-Exchange NMR experiments performed at different temperatures (Chapter 6).