La lectine de Helix pomatia (HPA), extraite de la glande à albumine de l'escargot de Bourgogne et spécifique du résidu GalNAc, appartient à une nouvelle famille de lectine dite de type H. Elle est utilisée depuis plus de vingt ans comme marqueur d'adénocarcinomes (notamment du sein, du colon, du poumon) à fort pouvoir métastatique et donc faible pronostic vital. Son utilisation comme outil de routine en oncologie est, cependant, fortement limitée par son impossibilité à la produire sous forme recombinante. Afin de contourner ces difficultés, des protéines homologues ont été recherchées chez d'autres invertébrés. Deux lectines de type H ont été identifiées chez l'amibe Dictyostelium discoideum (discoidines) et une chez le corail Sinularia lochmodes (SLL-2). Les discoidines sont composées de deux domaines distincts, un domaine C-terminal, spécifique des résidus galactosylés et homologue à HPA et un domaine N-terminal, dit domaine discoidine, de fonction inconnue. Ces travaux de thèse portent, dans un premier temps, sur la poursuite de la caractérisation structurale de la discoidine 1 puis sur la production du domaine N-terminal de la discoidine 2 afin de confirmer la fonction lectine supposée. Dans un second temps, des expériences de microscopie confocale ont montrés que les discoidines ne possédaient pas la capacité d'HPA dans la discrimination des cellules métastatiques par rapport aux non métastatiques. La construction, par mutagenèse, d'une protéine chimérique entre la discoidine 2, très facilement produite dans E. coli, et HPA a alors été entreprise, le but étant de lui apporter la même spécificité qu'HPA. Enfin, la protéine SSL-2 a été clonée et de nombreux essais d'expression sous forme soluble et de purification ont été réalisés en vue de sa caractérisation biochimique et structurale pour sa possibilité d'utilisation comme marqueurs en histopathologie

Ce travail expérimental est consacré à l'étude de l'émission ionique des solides à l'impact d'agrégats d'or d'énergie variant entre 0,15 et 1,25 MeV. La physique des collisions ion-solide et les modèles théoriques de la pulvérisation des solides par bombardement ionique sont présentés dans le chapitre 1. Le chapitre 2 est consacré à la description du dispositif expérimental. L'étude d'une cible d'or, présentée dans le chapitre 3, a permis de montrer le rôle de la taille et de l'énergie des agrégats sur l'intensité de l'émission et la distribution de masse des ions. Le chapitre 4 présente l'étude de l'iodure de césium dans laquelle l'intense émission des agrégats de CsI a pu être quantifiée grâce à des mesures de la multiplicité de l'émission. Le chapitre 5 est consacré à l'étude d'une molécule biologique, la phénylalanine, et d'une molécule de pesticide, le chlorsulfuron. Ce travail met en évidence l'intérêt des agrégats en analyse de surface par spectrométrie de masse.

The investigation and control of the properties of carbon based materials such as fullerenes and nanotubes is a highly dynamic research field. Due to its unique properties, e.g. an almost nano-dimensional size, three-dimensional cage topology, hydrophobicity, rich redox- and photochemistry, large absorption cross section, C60 has a high potential as building block for molecular devices and biological applications. It can be functionalized, anchored to a surface and self-assembled into larger supramolecular entities, such as monolayers. Mass spectrometry and related techniques such as ion-molecule reactions, action spectroscopy and ion mobility have been used throughout this work to study fullerene based systems, ranging from hydrides, derivatives, non-covalent complexes and coordinated metal complexes. Simulations predicting structural, electronic and mechanical properties have been combined with the experimental results to assist in their analysis and interpretation. Using ion molecule reactions, the reactivity of gas phase C60 anions with methanol has been studied. Hydride formation by simple collisions in the gas phase with methanol as well as reversible dehydrogenation by infrared multiphoton activation has been demonstrated. C60 functionalization by 3-azido-3-deoxythymidine (AZT) has been performed and the charged product characterized both by collisional activation and action spectroscopy. Deprotonation has been shown to lead to rearrangements of the nucleoside analogue and to a subsequent charge transfer to the fullerene. To prevent unwanted rearrangements and side reactions, encapsulation of C60 is suggested, the host molecule acting as a steric barrier. C60 complexation by γ-cyclodextrins has been performed and the ions of the complexes characterized both by collisional activation and ion mobility. It has been demonstrated that, compared to deprotonated species, the sodiated C60:(γ-cyclodextrin)2 ions were highly compact structures. With only two small polar caps accessible to reagents, sodiated C60: (γ-cyclodextrin)2 complexes sterically protect the C60 core from unwanted side reactions. Finally, explorative work on C60 immobilization on silver colloids using surface enhanced Raman spectroscopy and on the characterization of C60 complexes with iron and manganese porphyrin is presented.

La NADPH oxydase (NOX) est un complexe multienzymatique responsable de la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) que l'on retrouve dans un grand nombre de types cellulaires. La NOX des neutrophiles est composée de deux protéines transmembranaires (gp91phox et p22phox), qui constituent le site catalytique, et de trois facteurs cytosoliques (p47phox, p67phox et p40phox). Lors de son activation, p47phox subit des changements conformationnels que nous tâchons de définir, afin de mieux comprendre la régulation de ce complexe impliqué dans un grand nombre de pathologies. Dans les neutrophiles, les ROS sont responsables de la destruction de pathogènes phagocytés. Il paraît donc primordial de bien comprendre les bases moléculaires du mécanisme d'activation de la NOX pour envisager sa régulation future. Au cours de ce travail, des changements conformationnels ont été identifiés sur p47phox par protéolyse ménagée et échange H/D couplés à la spectrométrie de masse (DXMS). Le relargage de l'AIR, entraînant une meilleure accessibilité du site d'interaction avec p22phox, a été confirmé et caractérisé d'un point de vue structural et fonctionnel sur protéine entière. De plus, une surface inédite contrôlant l'état autoinhibé a été mise en évidence. La mutagénèse dirigée au sein de cette surface a permis de confirmer cette hypothèse en identifiant deux résidus clés (R162 et D166) responsables de cette autoinhibition et donc susceptibles d'être de futurs candidats de cibles thérapeutiques. Les propriétés d'interactions relatives des divers mutants avec GST-p22phoxCter et des liposomes ont été testées par BiacoreTM et cosédimentation, respectivement. L'identification de ces résidus a permis de mieux comprendre le mécanisme d'activation de p47phox, et notamment comment le démasquage de l'AIR phosphorylée entraîne celui du domaine PX. Enfin, une étude méthodologique a montré que la plasmepsine 2 de P. falciparum était un nouvel outil susceptible d'améliorer la résolution du DXMS.

L'utilisation des technologies haut débit est en train de changer aussi bien les pratiques que le paysage scientifique en microbiologie. D'une part la spectrométrie de masse a d'ores et déjà fait son entrée avec succès dans les laboratoires de microbiologie clinique. D'autre part, l'avancée spectaculaire des technologies de séquençage au cours des dix dernières années permet désormais à moindre coût et dans un temps raisonnable de caractériser la diversité microbienne au sein d'échantillons cliniques complexes. Aussi ces deux technologies sont pressenties comme les piliers de futures solutions de diagnostic. L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes d'apprentissage statistique innovantes et versatiles pour exploiter les données fournies par ces technologies haut-débit dans le domaine du diagnostic in vitro en microbiologie. Le domaine de l'apprentissage statistique fait partie intégrante des problématiques mentionnées ci-dessus, au travers notamment des questions de classification d'un spectre de masse ou d'un “read” de séquençage haut-débit dans une taxonomie bactérienne.Sur le plan méthodologique, ces données nécessitent des développements spécifiques afin de tirer au mieux avantage de leur structuration inhérente: une structuration en “entrée” lorsque l'on réalise une prédiction à partir d'un “read” de séquençage caractérisé par sa composition en nucléotides, et un structuration en “sortie” lorsque l'on veut associer un spectre de masse ou d'un “read” de séquençage à une structure hiérarchique de taxonomie bactérienne. / Using high-throughput technologies is changing scientific practices and landscape in microbiology. On one hand, mass spectrometry is already used in clinical microbiology laboratories. On the other hand, the last ten years dramatic progress in sequencing technologies allows cheap and fast characterization of microbial diversity in complex clinical samples. Consequently, the two technologies are approached in future diagnostics solutions. This thesis aims to play a part in new in vitro diagnostics (IVD) systems based on high-throughput technologies, like mass spectrometry or next generation sequencing, and their applications in microbiology.Because of the volume of data generated by these new technologies and the complexity of measured parameters, we develop innovative and versatile statistical learning methods for applications in IVD and microbiology. Statistical learning field is well-suited for tasks relying on high-dimensional raw data that can hardly be used by medical experts, like mass-spectrum classification or affecting a sequencing read to the right organism. Here, we propose to use additional known structures in order to improve quality of the answer. For instance, we convert a sequencing read (raw data) into a vector in a nucleotide composition space and use it as a structuredinput for machine learning approaches. We also add prior information related to the hierarchical structure that organizes the reachable micro-organisms (structured output).

Au cours de ce travail, nous avons mis au point une nouvelle interface CE/MALDI-MS automatisée, équipée d’une cellule UV/visible déportée, et d’une distribution automatique de matrice intégrée. Ce nouveau système a été évalué sur des mélanges différents de protéines entières, de digestats de protéines et d’anticorps monoclonaux (mAbs). Les résultats obtenus lors de cette évaluation ont montré la complémentarité de la nouvelle interface avec les systèmes analytiques classiques. De plus, nous avons montré la première séparation et analyse de mAbs entier par CE/MALDI-MS. Dans un second travail, la nouvelle interface a été utilisée pour effectuer la première analyse Top Down de proteine entière et de mAbs par collecte et enrichissement de fraction. Cette stratégie a montré la répétabilité du système permettant de séparer des analytes d’intérêt et d’enrichir les dépôts MALDI jusqu'à de très hautes quantités d’analytes permettant l’obtention de spectre Top Down. Au cours du troisième travail, le nouveau système CE/MALDI-MS a été utilisé dans une stratégie originale à 2 dimensions de séparation et de collecte d’isoformes de mAbs entiers ou partiellement digérés suivi d’infusions et analyses à l’aide du nanosprayer CESI. Pour cela, nous avons mis au point des conditions électrophorétiques dit « asymétriques » séparant les mAbs dans des conditions très salées mais collectés dans un milieu compatible avec l’ESI-MS. Cette stratégie inédite a permis d’effectuer la première séparation et caractérisation de mAbs par CE-MS. Parallèlement, nous avons mis au point le premier dosage plasmatique d’ITPP par MALDI-TOF MS et surtout la création de CEToolbox, une application Androïd gratuite pour smartphone et tablette permettant le calcul des principales grandeurs mathématiques pour la caractérisation et l’optimisation des séparations par électrophorèse capillaire. / In this work, we developed a new interface CE/MALDI-MS automated, equipped with a UV/visible cell remote, and integrated automatic distribution of matrix. This new system has been evaluated on different mixtures of intact protein, digested protein and monoclonal antibodies (mAbs). The results obtained during this evaluation showed the complementarity of the new interface with conventional analytical systems. Furthermore, we have shown the first separation and analysis of mAbs by CE/MALDI-MS. In a second work, the new interface was used to perform the first Top Down analysis for intact protein and mAbs by fraction collection and enrichment. This strategy has shown the repeatability of the system for separating analytes and the enrichissment the MALDI deposits up to very high amounts compatible for Top Down approach. In the third work, the new system CE/MALDI-MS has been used in an original 2-dimensional strategy of separating and collecting intact mAbs isoforms or partially digested followed by infusions and analyzes with CESI nanosprayer. For this, we have developed electrophoretic condition so-called "asymmetric" allowing the separation of mAbs under very salty conditions but collected in a totally compatible solution with ESI-MS. This novel strategy allowed for the first separation and characterization of mAbs by CE-MS. Meanwhile, we have developed the first plasma level of ITPP by MALDI-TOF-MS and particularly the creation of CEToolbox as a Free Android application for smartphone and tablet enabling the calculation of the main mathematical quantities for characterization and optimization of CE separations.

L'acétylation des protéines constitue l’une des plus importantes modifications post-traductionnelles (PTMs). Elle intervient dans de multiples processus bologiques et physiopathologiques tels que, l’activité transcriptionnelle, l'apoptose, la régulation des voies métaboliques, les cancers, les maladies inflammatoires et cardiovasculaires. Face à l’importance de l’acétylation des protéines, il apparaît donc indispensable de bien comprendre les mécanismes qui y sont associés, et donc, de pouvoir identifier et quantifier les protéines acétylées à partir du protéome complet d’échantillons complexes tels que des extraits cellulaires ou tissulaires. La spectrométrie de masse est une technique de choix pour de telles études, car elle permet d’identifier les protéines et les sites d’acétylation, mais aussi de les quantifier en l’associant à des techniques de quantification (label free, SILAC, iTRAQ/TMT, AQUA). Malheureusement, ces méthodes ne ciblent pas particulièrement les acétylations et requièrent l’utilisation de techniques d’enrichissement ou de fractionnement qui ne sont dédiées qu’à certains types d’acetylation : les N-ter et K-acetylation. Aucun enrichissement n’est disponible pour les O- acétylations et ces méthodes d’enrichissement ne sont pas toujours compatibles avec les techniques de quantification citées ci-dessus. Pour améliorer la détection et la quantification des acétylations, nous proposons la méthode RAQIAT (Relatif Absolute Quantification Isobaric Affinity Tag) qui se résume en trois grandes étapes: i) Le blocage des fonctions amines libres à l'aide de la di-méthylation réductrice, ceci empêchera ces dernières de réagir avec le réactif RAQIAT, ii) La désacétylation des lysines acétylées pour permettre une quantification sélective des acétylations, iii) Le marquage des amines primaires précédemment désacétylées dans l’étape 2 par le réactif RAQIAT pour permettre leurs identifications et quantifications. Ce manuscrit a porté en partie sur les deux premières étapes de la méthode RAQIAT.Dans la première étape, les échantillons de protéines de levure ont été digérés puis di-méthylés et fractionnés par OFFGEL en 24 fractions. Ensuite, chacune de ces 24 fractions OFFGEL a été soumise à un fractionnement nano-RPLC et analysée par MALDI TOF/TOF (4800 MALDI-TOF/TOF, Sciex). En parallèle, la même expérience a été réalisée, cette fois-ci sans di-méthylation. L'analyse des données a été réalisée en utilisant le logiciel Mascot comme moteur de recherche.L’efficacité de la réaction de di-méthylation démontrée, nous avons montré que sans réaliser la di-méthylation réductrice 164 sites acétylés ont pu été identifiés alors que 385 sites acétylés distincts ont été identifiés avec la di-méthylation réductrice. De plus, l'amélioration de la détection de l'acétylation en utilisant la méthode de di-méthylation a été observée pour chacune des différents types acétylations: N-ter, K- et O-acétylation.Dans la deuxième étape, nous avons présenté des résultats préliminaires de déacétylation par la sirtuine 1 en présence du peptide de la p53 (Ac-Arg-His-Lys-Lys-(Ac)-AMC) connu comme étant un substrat de cette enzyme. Nous avons observé la formation d’un peptide non acétylé, suggérant une déacétylation de ce peptide acétylé de p53. Cependant, la formation de cet ion étant très faible et l’ion acétylé étant fortement préservé, nous en avons conclu que l’efficacité de la déacétylation du peptide de p53 n’était pas suffisante pour l’intégrer à la méthode RAQIAT. / Protein acetylation is one of the most widespread post-translational modifications which is involved in many cellular physiologies and pathologies such as cancers. Regarding the important biological effect of protein acetylation and a non-negligible number of proteins bearing this PTM, several methods emerged last decade to investigate such PTM. But the detection of acetylations and their quantification are still limited and enrichment method allowing a better detection of acetylation target mostly one kind of acetylation (K-acetylation). To improve the detection of the three kind of acetylation (N-ter, K, and O-) and their quantification, we propose the RAQIAT method (Relative Absolute Quantification Isobaric Affinity Tag), based on protein digestion followed by 3 steps : i) a protection of free primary amines at N-ter, lysine (i.e. primary amine not bearing PTM) based on a reductive di-methylation strategy ii) a deacetylation of acetylated residues to obtain free primary amine corresponding to peptides previously acetylated iii) a RAQIAT labeling on the free primary amine obtained in the previous step to allow the enrichment of peptides previously acetylated and their quantifications. Herein, we present the investigation of the two first steps of RAQIAT method.In the first step, we evidenced that the reductive di-methylation strategy improved the detection of the three kind of acetylation: N-ter, K- and O- acetylations. Yeast protein samples were digested with trypsin prior di-methylation of resulting peptide mixture. Then, di-methylated peptide mixtures were fractionated by OFFGEL and reverse phase liquid chromatography followed by MALDI-TOF/TOF mass spectrometry analysis. Data analysis was performed by using Mascot as search engines.Our results showed that OFFGEL fractionation is a useful step to increase detection of acetylations. Moreover, we showed that our di-methylation treatment improved significantly detection of acetylation. Indeed, after di-methylation treatment, 385 unique acetylated sites were identified while 164 unique acetylated peptides were detected without di-methylation treatment. The improvement of acetylation detection using our di-methylation strategy is observed for each of acetylations: N-ter, K- and O-acetylations. Thus, this new proteomic method is promising to enhance N-ter, K- and O-acetylation detection.In the second step, we presented preliminary results of deacetylation by sirtuin 1 in the presence of p53 peptide (Ac-Arg-His-Lys-Lys- (Ac) –AMC. However, the low deacetylation efficiency of the p53 peptide observed, conclude that is not suitable to applicate into RAQIAT Method

La lectine de Helix pomatia (HPA), extraite de la glande à albumine de l'escargot de Bourgogne et spécifique du résidu GalNAc, appartient à une nouvelle famille de lectine dite de type H. Elle est utilisée depuis plus de vingt ans comme marqueur d'adénocarcinomes (notamment du sein, du colon, du poumon) à fort pouvoir métastatique et donc faible pronostic vital. Son utilisation comme outil de routine en oncologie est, cependant, fortement limitée par son impossibilité à la produire sous forme recombinante. Afin de contourner ces difficultés, des protéines homologues ont été recherchées chez d'autres invertébrés. Deux lectines de type H ont été identifiées chez l'amibe Dictyostelium discoideum (discoidines) et une chez le corail Sinularia lochmodes (SLL-2). Les discoidines sont composées de deux domaines distincts, un domaine C-terminal, spécifique des résidus galactosylés et homologue à HPA et un domaine N-terminal, dit domaine discoidine, de fonction inconnue. Ces travaux de thèse portent, dans un premier temps, sur la poursuite de la caractérisation structurale de la discoidine 1 puis sur la production du domaine N-terminal de la discoidine 2 afin de confirmer la fonction lectine supposée. Dans un second temps, des expériences de microscopie confocale ont montrés que les discoidines ne possédaient pas la capacité d'HPA dans la discrimination des cellules métastatiques par rapport aux non métastatiques. La construction, par mutagenèse, d'une protéine chimérique entre la discoidine 2, très facilement produite dans E. coli, et HPA a alors été entreprise, le but étant de lui apporter la même spécificité qu'HPA. Enfin, la protéine SSL-2 a été clonée et de nombreux essais d'expression sous forme soluble et de purification ont été réalisés en vue de sa caractérisation biochimique et structurale pour sa possibilité d'utilisation comme marqueurs en histopathologie / The lectin of Helix pomatia (HPA), extracted from the albumin gland of the Roman snail and specific for the residue GalNAc, belongs to a new H type lectin family. It is used for twenty years as marker for metastatic adenocarcinoma (in particular breast, colon, lung) associated with poor life prognostic. Nevertheless, its use as routine tool in oncology is highly limited because of its incapability to produce it in a recombinant form. To avoid these difficulties, homologous proteins were searched in others invertebrates. Two H type lectins have been identified in the amiboe Dictyostelium discoideum (discoidins) and one in the coral Sinularia lochmodes (SLL-2). Discoidins are composed of two distinct domains, a C-terminal domain, specific for galactosylated residues and homologuous to HPA and an N-terminal domain, called discoidin domain, with unknown function. This thesis is focused, in a first time, on the continuation of structural characterization of discoidin 1 and on the production of the N-terminal domain of discoidin 2 to confirm the supposed lectin function. In a second time, confocal microscopy experiments showed that discoidins was not able to discriminate metastatic cancer cells to non metastatic ones, as HPA does. The construction, by mutagenesis, of a chimeric protein between discoidin 2, easily produced in E. coli, and HPA, began. The purpose was to give the same specificity as HPA. Last, SLL-2 was cloned and numerous expression assays, in a soluble form, and purification was tried to characterize the protein biochemistrycally and structurally. The aim was to test it as marker in histopathology.