Trypanosoma brucei, parasite protozoaire flagellé appartenant à l’ordre des kinétoplastidés, est responsable de la maladie du sommeil, ou trypanosomiase humaine africaine (THA). Son cycle de vie fait intervenir un insecte vecteur hématophage (la mouche tsé-tsé ou glossine) qui lors d’un repas sanguin sur un individu infecté ingère des parasites. Après plusieurs étapes de différentiation, les parasites sont injectés à un hôte lors d’un autre repas sanguin. Nous avons étudié le métabolisme intermédiaire et énergétique de la forme procyclique de T. brucei, forme présente dans l’appareil digestif de l’insecte vecteur. Chez ce parasite, la dégradation du glucose aboutit à la production d’acétate dans l’unique mitochondrie, et de succinate dans la mitochondrie et les glycosomes, organelles spécifiques des trypanosomatidés dans lesquels la glycolyse est compartimentalisée. T. brucei utilise une "navette acétate" permettant de transférer l’acétyl-CoA produit dans la mitochondrie vers le cytosol pour initier la biosynthèse de novo des acides gras et la production d’acétate est essentielle à la croissance du parasite. La navette acétate fait intervenir dans la mitochondrie l’acétate:succinate CoA-transférase (ASCT), qui converti l'acétyl-CoA produit à partir du glucose en acétate. Nous avons identifié et caractérisé une autre enzyme mitochondriale contribuant aussi à la production d’acétate à partir du glucose : l’acétyl-CoA thioesterase (ACH). Le double mutant n’exprimant ni l’ACH ni l’ASCT ne produit plus d’acétate et n’est plus viable, confirmant le rôle essentiel de la production d’acétate. Par ailleurs, nous avons montré que l’ASCT, grâce au cycle formé avec la succinyl-CoA synthétase (SCoAS), contribue à la production d’ATP par phosphorylation au niveau du substrat dans la mitochondrie, mais l’ACH n’est pas impliqué dans la production d’ATP. La thréonine est l’acide aminé le plus rapidement consommé par le parasite et sa dégradation aboutit à la production d’acétate et de glycine. En utilisant des outils de génétique inverse et des analyses métaboliques par RMN du proton et HPTLC, nous avons caractérisé la première étape enzymatique de cette voie, catalysée par la thréonine déshydrogénase (TDH), et nous avons montré que la thréonine est la principale source de carbone pour la production d’acétate, pour la biosynthèse de novo des acides gras et des stérols. L’acétyl-CoA est produit dans la mitochondrie à partir du pyruvate provenant de la dégradation du glucose par le complexe pyruvate déshydrogénase (PDH) et à partir de la thréonine dont la dégradation est initiée par la TDH. L’acétyl-CoA provenant de la dégradation du glucose ou de la thréonine est converti en acétate par les mêmes enzymes, l’ACH et l’ASCT. Nous avons montré que la voie de dégradation de la thréonine est sous régulation métabolique. L’activité et l’expression de la TDH ainsi que la production d’acétate à partir de la thréonine sont diminuées dans le mutant knock out de la phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) dans lequel le flux glycolytique est redirigé vers la production d’acétate. De plus, contrairement au glucose, la dégradation de la thréonine ne participe pas à la production d’ATP dans la mitochondrie du parasite. Nos résultats nous amène à l’hypothèse d’un channeling mitochondrial des voies de dégradation du pyruvate et de la thréonine pour la production d’acétate. Les trypanosomes ont développé une voie de biosynthèse de novo des acides gras faisant appel aux élongases du réticulum endoplasmique et un précurseur inhabituel, le butyryl-CoA dont la voie de biosynthèse n’est à l’heure actuelle pas connue chez les trypanosomatidés. Nous avons reconstitué une voie de biosynthèse hypothétique à partir de l’acétyl-CoA dans la mitochondrie. La dernière enzyme de cette voie, l’isovaléryl-CoA déshydrogénase (IVDH), a été caractérisée, et nos premiers résultats indiquent que cette enzyme est impliquée dans la production du butyryl-CoA. / Trypanosoma brucei, a flagellated protozoan parasite of the kinetoplastidae order, is responsible for human sleeping sickness or human african trypanosomiasis (HAT). Its life cycle is complex and involves a haematophageous insect vector (tse-tse fly or Glossina), which ingests parasites during a blood meal on an infected host. After a series of differentiations, the parasites are injected to another host during another blood meal. We studied the energy and intermediary metabolism of the procyclic form of T. brucei, which is present into the midgut of the tse-tse fly. In this parasite, glucose degradation produces acetate into the mitochondria of the parasite and succinate into both the mitochondria and the glycosomes. Glycosomes are specific organites of trypanosomatids in which the glycolysis is compartimentalized. T. brucei uses an "acetate shuttle" to transfer acetyl-CoA from the mitochondrion to the cytosol to feed de novo fatty acids biosynthesis. This acetate production is essential for cell viability. The "acetate shuttle" involves inside the mitochondrion, the acetate:succinate CoA-transferase (ASCT), which converts glucose-derived acetyl-CoA into acetate. We identified and characterised a new mitochondrial enzyme involved in acetate production from glucose, in addition to ASCT: the acetyl-CoA thioesterase (ACH). Indeed, a double mutant affecting expression of both ACH and ASCT doesn’t produce anymore acetate and is lethal, which confirms the essential role of mitochondrial production of acetate. In addition, we showed that ASCT, via the ASCT/SCoAS (succinyl-CoA synthetase) cycle, contributes to mitochondrial ATP production by substrate phosphorylation, while ACH is not involved in ATP production. We also observed that contribution of the ASCT/SCoAS cycle and oxidative phosphorylation by the mitochondrial F0-F1-ATP synthase to ATP production are similar. Threonine is the most rapidly consumed amino acid by the procyclic trypanosomes and its degradation produces acetate and glycine. Using a combination of reverse genetics, proton NMR metabolic profiling and HPTLC, we characterized the first enzymatic step of the pathway, catalysed by the threonine dehydrogenase (TDH) and showed that threonine is the main carbon source for acetate production, de novo fatty acids and sterol biosynthesis. Acetyl-CoA is produced into the mitochondrion from glucose-derived pyruvate by the pyruvate dehydrogenase complex (PDH) and by the two first steps of the threonine degradation pathway, including TDH. Both glucose-derived and threonine-derived acetyl-CoA is then converted into acetate by the same enzymes, ACH and ASCT. We also found that the threonine degradation pathway is under metabolic control. Indeed, TDH activity, TDH expression and threonine-derived acetate production are reduced in the phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) knock out mutant, in which glycolytic flux is redirected towards acetate production. In addition, we showed that, as opposed to glucose-derived acetyl-CoA, metabolism of threonine-derived acetyl-CoA doesn’t contribute to ATP production into the mitochondrion of the parasite. Our results suggest the existence of mitochondrial metabolic channelings, which disconnect pyruvate and threonine degradation pathways leading to acetate production. Trypanosomes developed a specific de novo fatty acids biosynthesis pathway using elongases located in the endoplasmic reticulum and an unusual primer, butyryl-CoA. The biosynthesic pathway of butyryl-CoA has not been investigated so far in trypanosomatids. Genomic data mining of the T. brucei database, highlights an hypothetical mitochondrial biosynthesis pathway from acetyl-CoA to butyryl-CoA. The last enzyme of this pathway, isovaleryl-CoA dehydrogenase (IVDH), was characterised and our first results suggest that this enzyme is indeed involved into butyryl-CoA production.

Ce travail porte sur l’étude des mécanismes de phosphorylation des protéines par les sérine/thréonine kinases chez Staphylococcus aureus. Nous avons, tout d’abord, mis en évidence et caractérisé une seconde Ser/Thr-kinase, nommée Stk2. Cette kinase présente peu d’homologies avec les autres Ser/Thr-kinases bactériennes décrites à ce jour, en particulier avec la première Ser/Thr-kinase mise en évidence précédemment chez S. aureus, Stk1. Nous avons ensuite caractérisé dix sites d’autophosphorylation de Stk2 et nous avons montré que trois sites sont nécessaires à son activité. Enfin, nous avons montré que le régulateur global de virulence, SarA, est phosphorylé à la fois par Stk1 et Stk2. La phosphorylation de SarA influence sa capacité de liaison à l’ADN. Cette étude contribue à mieux appréhender, au niveau moléculaire, le rôle des Ser/Thr-kinases dans le métabolisme des bactéries et, plus particulièrement, dans la régulation de leur virulence / We report that protein phosphorylation on serine and threonine is required for controlling staphylococcal virulence. We identified and characterized a second serine/threonine kinase, Stk2, in S. aureus. Biochemical analyses revealed that this enzyme displays autokinase activity on both threonine and serine residues. Stk2 is atypical in the sense that it exhibits a weak similarity with the first Ser/Thr-kinase previously detected, Stk1, and its undergoes a different mechanism of activation compared to the other bacterial Ser/Thr-kinases described so far. We also showed that SarA, a major transcription factor that regulates more than a hundred virulence genes, is phosphorylated by both Stk1 and Stk2. Phosphorylation of SarA leads to strong effects on its ability to bind DNA. The study of Stk1 and Stk2, at the molecular level, provides a better understanding of the role of these staphylococcal Ser/Thr-kinases in bacterial metabolism and, in particular, in the regulation of virulence

L’Hypertension Hyperkaliémique Familiale (HHF) est une forme rare d’hypertension associée à une hyperkaliémie et une acidose métabolique hyperchlorémique, très sensible aux diurétiques thiazidiques. Les premières analyses génétiques ont permis d’identifier deux gènes responsables, WNK1 et WNK4, mais qui n’expliquaient que 8 % de notre cohorte. L’objectif de ma thèse était de rechercher de nouveaux gènes ou variants à l’origine de l’HHF. Notre stratégie initiale a été de combiner une analyse de liaison à un séquençage d’exome entier sur trois grandes familles atteintes. Nous avons ainsi identifié un nouveau gène responsable de la maladie codant pour un acteur jusque là insoupçonné, KLHL3 (Kelch-like 3), responsable de 39% des cas de notre cohorte. La majorité des mutations sont présentes à l’état hétérozygote entrainant un phénotype modéré, alors que les rares patients porteurs d’une mutation homozygote, tous issus de familles consanguines, présentent un phénotype plus marqué. Le spectre des mutations a montré l’importance des structures en boucles de cette protéine qui joue un rôle d’adaptateur de substrat dans un complexe d’ubiquitination (publié dans Nature Genetics, 2012). La découverte d’un type unique de mutations sur le gène CUL-3 par une équipe concurrente a été confirmée dans notre cohorte, entrainant un phénotype plus précoce et plus sévère. Ces mutations ont mis en lumière l’importance de ces deux protéines dans la constitution du complexe E3 ubiquitine-ligase et la dégradation des WNKs dans le néphron, par le protéasome après ubiquitination. Nous avons aussi identifié des mutations faux-sens dans le domaine acide de WNK1 très conservé chez des patients ayant un phénotype HHF mais sans hypertension artérielle. Ce motif, similaire à celui porteur de mutations sur WNK4 est responsable de la liaison à l’adaptateur de substrat KLHL3. Les sujets atteints présentent un âge plus précoce d’apparition de la maladie avec des valeurs de pression artérielle normales. La comparaison phénotypique avec les cas porteurs d’une mutation WNK4 et d’une délétion de l’intron 1 de WNK1 a montré des différences de pression artérielle significatives. La transfection d’ARNc mutés dans les œufs de Xénope, effectuées en collaboration, a permis de démontrer que ces nouvelles mutations faux-sens de WNK1 entrainent une accumulation de son isoforme rénale KS-WNK1 (soumis à J Am Soc Nephrol). L’ensemble de ces résultats ouvre une nouvelle voie de compréhension moléculaire de la régulation du transport des ions sodium, potassium et chlore au niveau du rein et par conséquence de la pression artérielle. / Familial Hyperkalemia Hypertension (FHHt), also known as Gordon syndrome is a rare form of hypertension associated with hyperkalemia and hyperchloremic metabolic acidosis, very sensitive to thiazide diuretics. In 2001, the first genetic analysis identified two genes, coding for two serine/threonine kinases WNK1 and WNK4, which explained only 8% of our cohort. The aim of my thesis was to search new genes or variants responsible for FHHt. We decided to combine a linkage analysis and a whole exome sequencing in three affected families. We identified a new gene responsible for the disease coding for an unsuspected actor KLHL3 (Kelch-like 3), responsible for 39% of our cohort. The majority of the mutations are present at a heterozygous state leading to a moderate phenotype, whereas patients with homozygous mutation, all from consanguineous families, displayed a stronger phenotype. The spectrum of mutations showed the importance of the loop structures of this protein playing an adaptor role in an ubiquitination complex (published in Nature Genetics, 2012). The discovery of a particular type of mutations in CUL-3 by another team was confirmed in our cohort, leading to an earlier and more severe phenotype. These changes have highlighted the importance of these two proteins in the formation of the E3 ubiquitin-ligase-complex and in the WNKs degradation in the nephron by the proteasome after ubiquitination. We have also identified missense mutations in the acidic motif of WNK1, highly conserved in patients with FHHt without hypertension. This pattern is similar to the WNK4 mutations and is responsible for the binding of the substrate adaptor KLHL3. Affected individuals have an earlier age of onset with normal blood pressure values for most of them. Phenotypic comparison with cases carrying WNK4 mutations and deletion of the intron 1 of WNK1 showed significant differences in blood pressure values. Transfection of mutated cRNA in Xenopus laevis oocyte demonstrated that these new WNK1 missense mutations result in the accumulation of the renal isoform KS-WNK1 (submitted to J Am Soc Nephrol). Taken together, these results open a new pathway for understanding the molecular regulation of ion transport and WNK kinases in the kidney and consequently the regulation of blood pressure.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le phénotype d'une cellule cancéreuse résulte d'un regroupement de plusieurs caractéristiques qui constituent la forme clinique du cancer. Malgré cette diversité, il est possible de mettre en évidence un certain nombre de traits distinctifs communs à la plupart des tumeurs. Parmi ceux-ci, l'invasion tissulaire et la formation de métastases sont les causes de près de quatre-vingt dix pourcent de la mortalité attribuable au cancer. Plusieurs similitudes entre le développement embryonnaire et la cancérogenèse ont été mises en évidence. Les recherches menées durant la dernière décennie sur le rôle que jouent les oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeurs dans le développement normal d'un organisme ont grandement amélioré notre compréhension du cancer. La différence fondamentale séparant les deux processus est qu'un organisme émane d'une suite logique d'étapes reproductibles et bien définies, alors que le développement d'une tumeur demeure complètement imprévisible. Par contre, il est clair que plusieurs de ces étapes sont partagées, par exemple la régulation du cytosquelette, de l'adhérence et de la migration de la cellule. Nous avons étudié les fonctions in vivo de deux familles de protéines kinases, soit les p21-activated kinase (PAK) et les mixed-lineage kinase (MLK), qui sont en mesure de réguler certains de ces événements. Nous avons utilisé trois approches différentes pour caractériser les fonctions de PAKl durant le développement de Xenopus. Premièrement, nous avons montré que PAKl est clivée par les caspases durant l'apoptose dans les embryons. Nous avons aussi démontré que PAKl phosphoryle directement la myosine II, et que cette activation est nécessaire et suffisante à la fragmentation cellulaire caractéristique des cellules en apoptose. Deuxièmement, nous avons découvert que PAKl induit une perte de l'adhérence cellulaire dépendante de la signalisation par le récepteur tyrosine kinase EphA4. Nous avons proposé un nouveau mécanisme pour préciser la migration cellulaire dirigée par EphA4, selon lequel l'activation du récepteur EphA4 recrute PAKl à la membrane pour séquestrer la forme active de Cdc42, et ainsi diminuer l'adhérence cellulaire. Finalement, nous avons déterminé que PAKl contrôle l'induction et la migration des cellules de la crête neurale en partie par sa régulation de l'expression de Snail et de Twist, deux instigateurs importants de la progression tumorale. En somme, par sa régulation de la dynamique du cytosquelette et de l'expression génique, PAK1 joue un rôle central dans le contrôle de l'adhérence et de la motilité des cellules. Par conséquent, PAK1 serait une cible intéressante pour la prévention de l'invasion tissulaire et de la formation de métastases. Nos travaux ont aussi mis en évidence que la fonction de MLK2, une cible potentielle de PAK1, est nécessaire à la différenciation des tubules néphrétiques dans les embryons de Xenopus. Par ailleurs, nos études ont démontré que la perte de Mlkl, de Mlkl, ou de ces deux gènes chez la souris n'entraîne aucun effet sur leur viabilité et leur fertilité, de même qu'aucun changement dans la morphologie globale des tissus dans lesquels ces deux gènes sont exprimés. Les données observées pour MLK2 chez Xenopus suggèrent que l'expression de protéines kinases restreinte à certains tissus est importante pour générer des réponses spécifiques à des signaux extracellulaires communs. De plus, l'inactivation génique des MLK suggère fortement l'existence chez les mammifères d'une redondance des fonctions associées à Mlkl et Mlk2 avec celles de l'autre membre de la famille MLK, Mlk3. / The clinical manifestation of cancer is the result of a complex set of characteristics that together create diverse cancer cell phenotypes. Despite this variety, there appear to be a number of common traits that govern the conversion of normal human cells into malignant cancer cells. Among these traits, tissue invasion and metastasis feature in the most aggressive and lethal tumors and together account for approximately ninety percent of cancer deaths. Important parallels have been made between embryonic development and the growth and spread of cancer. The last decade of research has proven that our understanding of cancer has been greatly advanced by our comprehension of the role that so-called oncogenes and tumor suppressors play in the normal development of an organism. The fondamental difference between development and cancer is that development uses regulated, reproducible cellular processes, whereas in cancer these processes become irregular, leading to an unpredictable chain of events. On the other hand, some cellular events are clearly common to both; cytoskeletal dynamics, cell adhesion and migration are such examples. We have utilized the frog embryo and mouse genetics to study the in vivo functions of two groups of protein kinases, the p21 -activated kinases (PAKs) and the mixed-lineage kinases (MLKs) that are believed to regulate these events. We used three different approaches to investigate PAK1 functions during Xenopus development. Firstly, we showed that PAK1 is activated following its cleavage by caspases during apoptosis in embryos. We demonstrated that PAK1 directly phosphorylates myosin II, and that this activation of myosin is sufficient to cause cell fragmentation, a hallmark of apoptotic cells. Secondly, we determined that PAK1 induces a loss of cell adhesion dependent of a signalling pathway downstream of the EphA4 tyrosine kinase receptor. We found that EphA4 activation sequesters active Cdc42 to down-regulate cell-cell adhesion and we proposed a novel mechanism to explain Eph-directed cell migration. Finally, we demonstrated that PAK1 regulates neural crest specification and migration, in part through its regulation of the expression of Snail and Twist, two master regulators of tumor progression. In summary, by regulating cytoskeletal dynamics and gene expression, PAK1 function appears mandatory for cell adhesion and motility, and thus would be an interesting target for the prevention of tissue invasion and metastasis. We also showed that MLK2, a potential downstream target of PAKl, is required for pronephric tubule differentiation in Xenopus embryos. On the other hand, we also revealed by gene inactivation that mice lacking Mlkl, Mlk2 or both genes are viable, fertile and do not display any obvious phenotypic defects in the tissues where these genes are expressed. While the Xenopus MLK2 data suggest that tissue restricted expression of protein kinases could play an important role in signal transduction by mediating cell-specific responses to common signals, gene inactivation in mouse strongly suggests that Mlkl and Mlk2 functions in mammals are redundant with those of the other member of the MLK family, Mlk3.

La défense pré-invasive ou stomatique est un mécanisme qui consiste en la fermeture des pores stomatiques présents sur les organes aériens des plantes lorsque celles-ci sont en contact avec certains agents pathogènes. Cette fermeture empêche ces derniers de pénétrer dans l’hôte et de le coloniser. Ce mécanisme s’active chez Arabidopsis inoculée par la bactérie Pseudomonas syringae pv tomato (Pst) DC3000. Des travaux préliminaires de notre groupe avaient montré que la carbonylation de protéines cibles par des espèces réactives électrophiles (EREs) représentait une étape cruciale de la signalisation cellulaire nécessaire à la mise en place de cette défense. Par des approches de marquage ciblé et de purifications couplées à des identifications par spectrométrie de masse en tandem (nanoLC-MS/MS), nous avons pu caractériser une sérine-thréonine protéine kinase qui joue un rôle déterminant dans ce mécanisme de défense. En effet, des plantes mutées sur le gène codant cette protéine ont perdu la capacité à induire la fermeture de leurs stomates et à déployer la défense stomatique vis-à-vis de la bactérie. De plus, l’introduction de la chimie click (cycloaddition alcyne-azide catalysée par le cuivre), dans nos approches de marquage, nous a permis d’identifier un ensemble de protéines très probablement carbonylées et susceptibles de jouer un rôle crucial dans ces évènements cellulaires qui contribuent à une part de l’immunité végétale. Enfin, les EREs étant capables d’induire la fermeture des stomates, nous avons cherché à savoir, dans le cadre de l’établissement d’une preuve de concept, si leur application sur des plantes permettrait la protection de ces dernières contre Pst. / Pre-invasive or stomatal defense is a mechanism which consists of closing the stomata present at surface of aerial organs of plants when they are in contact with certain pathogens. This closure prevents them from entering and colonizing the host. This mechanism is activated in Arabidopsis inoculated by the bacterium Pseudomonas syringae pv tomato (Pst) DC3000. Preliminary work by our group had shown that carbonylation of target proteins by reactive electrophile species (RES) was a crucial step of the cell signaling required to set up this defense. Through targeted tagging and purifications approaches coupled with tandem mass spectrometry identifications (nanoLC-MS/MS), we have been able to characterize a serine-threonine protein kinase that plays a crucial role in this defense mechanism. Indeed, plants mutated on the gene encoding this protein have lost their ability to trigger stomatal closure and to deploy the stomatal defense against the bacteria. In addition, the use of the click chemistry and notably, the copper-catalyzed alkyne-azide cycloaddition, in our tagging approaches has enabled us to identify a set of proteins that are most likely carbonylated and likely to play a significant role in these cell events that contribute to part of plant immunity. Finally, since RES are able to induce stomatal closure we sought to find out, in the context of establishing a proof-of-concept, whether their application to plants would enable them to be protected against the Pst.

Résumé Cette thèse consiste en trois thèmes résumés dans les paragraphes ci-dessous. L’influence de différents groupements protecteurs du groupe hydroxyle lors des réactions d’ouverture des cis- et trans- 3-hydroxy-1,2-époxycycloalcanes a été étudiée. Il a été montré que Yb(OTf)3 constituait un catalyseur doux pour l’ouverture régiosélective de cycles afin d’obtenir les -anilino cycloalcanols correspondants avec de bons rendements. Le chauffage du milieu réactionnel dans le toluène comme solvant a permis d’augmenter la cinétique de la réaction, au dépend du rendement. La partie aniline a été régiosélectivement introduite en position vicinale du groupe hydroxyle ou éther afin d’obtenir un unique régioisomère. La même tendance a été observée avec les époxydes du 3-azidocyclohex-1-ène et du 3-carbamate correspondant. Le temps de réaction a été réduit lorsque Yb(OTf)3 a été dissous dans l’acétonitrile. Le triflate d’ytterbium (III) a également été utilisé comme catalyseur pour l’ouverture de cycle régiosélective d’aziridines non-activées sur des cyclohexanes portant des substituants azotures ou éthers de benzyle. L’ion azoture ou l’aniline forment les produits trans correspondants, donnant alors accès à des diamines vicinales avec de bons rendements. Un éther ω-alcoxy p-méthoxybenzylique racémique, inhibiteur de HDAC, a été ainsi préparé en huit étapes synthétiques (rendement total de 26%) à partir du 1-((tert-butyldiphénylsilyl)oxy)hept-6-èn-2-ol. Ceci représente un progrès par rapport à la précédente méthode (9 étapes, rendement total de 16%). La métathèse croisée se montre particulièrement efficace et pratique dans cette stratégie et l’alkylation par le trichloroacétimidate de p-méthoxybenzyle en présence de Sc(OTf)3 améliore le rendement global de la synthèse. Un aminoalcool présent dans la pactamycine et contenant le squelette carboné, les groupements fonctionnels et la stéréochimie requise a été synthétisé en 27 étapes à partir de la L-thréonine. La méthodologie décrite dans cette thèse permet la synthèse de cet intermédiaire clé à l’échelle multigramme. / Abstract Ring-opening reactions of epoxides and aziridines have been extensively studied. The influence of different protecting groups on the hydroxyl group in the ring-opening reactions of cis- and trans- 3-hydroxy-1,2-cycloalkane epoxides with aromatic amines was studied. It was shown that Yb(OTf)3 in toluene was a mild catalyst for regioselective ring-opening, to give -anilino cycloalkanols in good yields. Heating the reaction mixture accelerated the rate of the reaction, albeit at the expense of yield. The aniline moiety was regioselectively added at the carbon furthest from the hydroxyl or ether group to yield a single regioisomer. The same trend was also observed with 3-azidocyclohex-1-ene epoxides and the corresponding 3-carbamates. The reaction time became shorter when acetonitrile was used as solvent, possibly due to the homogeneous medium. Ytterbium(III) triflate has also been used as the catalyst for the regioselective ring-opening of unactivated aziridines in cyclohexanes having an azide or benzyl ether substituent. Azide ion or aniline forms the corresponding trans-products giving access to vicinal diamines in good yields. A racemic ω-alkoxy p-methoxy benzyl ether HDAC inhibitor has been prepared in 8 synthetic steps (26% overall yield) from 1-((tert-butyldiphenylsilyl)oxy)hept-6-en-2-ol. This is an improvement over the published method (9 steps, 16% overall yield). The cross-metathesis method proved to be efficient and practical in this strategy, and alkylation using p-methoxybenzyl trichloroacetimidate in the presence of Sc(OTf)3 improved the overall yield of the synthesis. An amino alcohol that contains all the core carbons, functional groups and the required stereochemistry present in pactamycin was obtained starting from L-threonine over 27 steps. The methodology described in this thesis allows for a synthesis of this key intermediate on a multigram scale.

La bactérie Streptococcus pneumoniae peut provoquer de sérieuses pathologies chez l'homme telles que des pneumonies, méningites ou septicémies. L'étude de cette bactérie constitue donc un enjeu de santé publique international. Ces dernières années, il a été mis en évidence que les bactéries exprimaient des Sérine/Thréonine Protéine‐Kinases de type eucaryote (STPKs) et que ces dernières intervenaient dans la régulation de nombreux processus cellulaires. Une approche prometteuse serait donc de cibler les mécanismes de régulation contrôlés par les STPKs pour lutter contre les infections à pneumocoque. L'analyse du génome de S. pneumoniae a montré que cette bactérie possède un seul gène codant pour une STPK, la protéine StkP. Mes travaux de thèse ont montré que StkP est un acteur majeur de la division cellulaire et de la morphogenèse du pneumocoque. J'ai montré que son activité kinase est dépendante de la protéine GpsB et qu'elle phosphoryle spécifiquement plusieurs protéines dont la protéine de division DivIVA. L'ensemble de mes travaux permet de proposer un modèle dans lequel la triade StkP/GpsB/DivIVA régulerait finement la division et l'élongation cellulaire du pneumocoque. À plus long terme, ces travaux pourront servir de base à des études plus structurales pour développer des molécules bloquant les processus dépendants de la phosphorylation assurée par StkP, et générer ainsi de nouvelles molécules affectant le pouvoir pathogène du pneumocoque / The bacterium Streptococcus pneumoniae is the causative agent of several diseases such as pneumonia, meningitis or septicemia. The study of this bacterium represents thus an international health challenge. Over the last decade, bacteria have been shown to produce eukaryotic‐like Serine/Threonine Protein‐Kinases (STPKs) that are involved in the regulation of several cellular processes. A promising approach would be to target the regulatory mechanisms controlled by STPKs to combat pneumococcal infections. The pneumococcus possesses a single gene encoding for a STPK, the protein StkP. The aim of my work was to characterize the biological function of StkP. My work shows that StkP plays crucial roles in the cell division and morphogenesis of S. pneumoniae. I show that the cell division protein GpsB is required for the kinase activity of StkP that, in turn, specifically phosphorylates the cell division protein DivIVA. Altogether, I propose a model in which the StkP/GpsB/DivIVA triad finely tunes S. pneumonia cell division and elongation. These data could provide the basis for future structural studies to develop specific inhibitors of StkP‐mediated phosphorylation and affecting pneumococcal virulence

La protéine kinase caséine kinase 2 (CK2) est une sérine/thréonine kinase hautement pléiotrope dont la liste des substrats est supérieure à 500 protéines, lesquelles sont impliquées dans un large éventail de fonctions cellulaires. Les sous-unités catalytiques de CK2 (alpha et/ou alpha') sont constitutivement actives soit seules soit en combinaison avec les sous-unités régulatrices béta pour former une protéine hétérotétramérique (holoenzyme). Une troisième isoforme de la sous-unité catalytique, désignée CK2α'', a été découverte plus récemment et peu d'informations sont actuellement disponibles. L'activité hautement constitutive de CK2 est suspectée de contribuer au phénomène de néoplasie. Une stratégie de conception d'inhibiteurs tétracycliques ciblant le site ATP de la CK2 a permis l'élaboration de trois séries de composés comportant le motif indéno[1,2-b]indole. Un procédé multi-étapes de synthèse a permis de fonctionnaliser précisément le cycle D du noyau indéno[1,2-b]indole et de générer une première chimiothèque de molécules originales. Toutes les molécules finales ont été testées sur la protéine kinase humaine CK2 (Muenster) et certaines ont présentées des CI50 de l'ordre du submicromolaire. L'analyse des Relations Structure-Activité (SAR) et la construction d'un modèle 3D-QSAR (Duesseldorf) a contribué à affiner le choix des substituants introduits sur le châssis moléculaire développé. Les indéno[1,2-b]indoles fonctionnalisés les plus prometteurs ont été également testés sur d'autres cibles biologiques comme la phosphatase CDC25A (Metz) et la kinase DYRK1B (Saarbruecken). Des études de modélisation moléculaire (Duesseldorf) utilisant les données cristallographiques disponibles de l'enzyme ont permis d'analyser les interactions ligand-protéine. Les inhibiteurs les plus puissants in vitro ont été testés sur quatre lignées cellulaires normales afin d'établir leur profil cytotoxique (Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon) / Synthesis and evaluation of indéno[1,2-b]indole derivatives as potential inhibitors of human protein kinase CK2 Protein kinase casein kinase 2 (CK2) is a serine/threonine kinase highly pleiotropic listed substrates it is greater than 500 proteins, which are involved in a wide range of cellular functions. The catalytic subunits of CK2 (α and/or α') are constitutively active either alone or in combination with the regulatory subunits to form a hetero- beta protein holoenzyme). A third isoform of the catalytic subunit, designated CK2 α', was discovered more recently and little information is currently available. The high constitutive activity of CK2 is suspected of contributing to the phenomenal of neoplasia. A design strategy tetracyclic inhibitors targeting the ATP site of CK2 resulted in the development of three series of compounds containing the motif indeno[1,2-b]indole. A multi-step synthesis process has specifically functionalize the D ring of the core indeno[1,2-b]indole and generate a first combinatorial library of original molecules. All final compounds were tested on human protein kinase CK2 (Muenster), and some have reported IC50 of the order of sub-micromolar. Analysis of Structure-Activity Relationships (SAR) and the construction of a 3D-QSAR model (Duesseldorf) helped to refine the choice of substituents introduced into the moleculair frame developed. The indeno[1,2-b]indole the most promising functionalized indoles were also tested on other biological targets such as phosphatase CDC25 A (Metz) and kinase DYRK1B (Saarbruecken). Of molecular modeling studies (Duesseldorf) using the crystallographic data of the enzyme were used to analyze protein-ligand interactions. The most potent in vitro inhibitor were tested on four normal cell lines to determine their cytotoxic profile (Cancer Research Center of Lyon)

La bactérie pathogène, Streptococcus pneumoniae (ou pneumocoque), produit une sérinethréonine-kinase membranaire, StkP, et une tyrosine-kinase, CpsD, qui sont respectivement des régulateurs importants de la division cellulaire et de la synthèse de la capsule polysaccharidique. Ces observations ont été directement la base de mon projet de thèse. Au cours de mon étude, j'ai participé à la mise en évidence du mécanisme par lequel CpsD coordonne la synthèse de la capsule polysaccharidique avec le cycle cellulaire du pneumocoque, en contrôlant via son autophosphorylation la mobilité de la protéine ParB de la ségrégation du chromosome. Pour mieux comprendre le mécanisme moléculaire sous jacent, j'ai caractérisé un nouveau partenaire de CpsD et de ParB appelé RocS. J'ai montré que cette protéine est indispensable pour la ségrégation du chromosome. J'ai ensuite identifié que CpsD et RocS constituent un nouveau mécanisme de protection du nucléoïde, qui était jusque-là inconnu chez le pneumocoque. D'autre part, j'ai contribué à la caractérisation du rôle des sousdomaines PASTA du domaine extracellulaire de StkP dans la régulation de l'épaisseur de la paroi cellulaire septale ainsi que dans le degré d'activation de StkP. Plus particulièrement j'ai mis en évidence que le quatrième sous-domaine PASTA de StkP contrôle la fonction de l'hydrolase de la paroi cellulaire LytB, qui est nécessaire pour les étapes finales de la division cellulaire. Mon travail suggère donc l'existence de réseaux de régulation interconnectés du cycle cellulaire du pneumocoque impliquant ces deux protéine-kinases / The pathogenic bacterium, Streptococcus pneumoniae (the pneumococcus), produces a membrane serine threonine kinase, StkP, and a tyrosine kinase, CpsD, which are important regulators of cell division and polysaccharide capsule synthesis, respectively. These observations were directly at the basis of my thesis project. During my thesis, I participated in the identification of the mechanism by which CpsD coordinates the synthesis of the polysaccharide capsule with the cell cycle of the pneumococcus. Indeed, CpsD autophosphorylation controls the mobility of the chromosome partioning protein ParB protein of the chromosome segregation. To better understand the underlying molecular mechanism, I characterized a new CpsD and ParB partner that we called RocS. I showed that this protein is required for chromosome segregation. I also identified that CpsD and RocS form an atypical nucloied occlusion system, which was previously unknown in pneumococcus. On the other hand, I have contributed to the characterization of the role of the PASTA sub-domains of the StkP extracellular domain in the regulation of the septal cell wall thickness as well as in the degree of activation of StkP. More specifically I showed that the fourth PASTA sub domain of StkP controls the function of the cell wall hydrolase LytB, which is required for the final steps of cell division. My work therefore suggests the existence of interconnected regulation networks of the pneumococcal cell cycle and involving these two protein kinases

Suite au projet de séquençage du génome d’Arabidopsis thaliana, plus de 400 récepteurs de types serine/thréonine kinases (Protein Receptor Kinase ou PRK) ont été prédits. Par contre, seulement sept paires de récepteurs/ligands ont été caractérisées jusqu’à présent par des techniques de biochimie et d’analyse, de mutants. Parmi ceux-ci figurent les PRK : BRI1, CLV1, SRK, SR160, Haesa-IDA et PEPR1 qui jouent un rôle important dans le développement, l’auto-incompatibilité sporophytique et les mécanismes de défense. Le but de mon projet de maîtrise était de développer un bioessai à haut débit qui permettra la découverte de ligands peptidiques. Le bioessai utilisera des PRK chimériques composés du domaine extracellulaire (l’ectodomaine) de la PRK à l’étude fusionnée au domaine intracellulaire d’une PRK qui agira comme rapporteur. Deux stratégies sont présentement développées dans notre laboratoire : la première consiste à fusionner la PRK à l’étude avec le domaine intracellulaire (l’endodomaine) du récepteur tyrosine kinase animal EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor). Suite à l’interaction avec une fraction protéique contenant un ligand correspondant à la PRK étudiée, une transphosphorylation de l’endodomaine (le domaine kinase) serait détectable. La seconde stratégie utilise l’endodomaine du récepteur BRI1, un récepteur répondant aux brassinostéroïdes. Suite à l’interaction avec une fraction protéique contenant un ligand correspondant à la PRK étudiée, cette fois-ci nous devrions être en mesure de mesurer l’activation d’un gène rapporteur répondant normalement à une activation par les brassinostéroïdes. / The complete sequence of the genome of Arabidopsis thaliana was achieved in year 2000 and has resulted in the prediction of more than 400 receptor serine/threonine kinase or Plant Receptor Kinase (PRK). Despite this tremendous work, only seven pairs of ligand/receptor have been characterized through conventional techniques such as mutant analysis and biochemical characterization. These receptors have been found to play an important role in plant defense (SP160), development (BRI1, CLV1) and sporophytic autoincompatibility (SRK). The aim of the project was to develop a high throughput bioassay in order to find new ligands for known receptors. In order to do so, the bioassay will use chimeric protein technology, by fusing the ectodomain of a receptor to a known endodomaine. The latter will play the role of a reporter. Two strategies were developed in our laboratory and are being tested. The first strategy is to fuse the ectodomain of an unknown PRK to the phylogeneticaly unrelated kinase domain of the animal Epidermal Grown Factor Receptor (EGFR). When tested with a crude protein extract containing the specific ligand of the unknown PRK, a transphosphorylation should occur and be detected. The second strategy will use the endodomain of BRI1 as a reporter, a receptor responding to the brassinosteroid phytohormone, which will relay the message to a second construct used as a reporter gene once the ligand has bound the PRK ectodomain fused to the BRI1 endodomain.