L'acidose ruminale latente (ou acidose sub-clinique) est une préoccupation majeure pour la nutrition des ruminants à haut potentiel de production. Cet état se caractérise par une instabilité du microbiote et des fermentations ruminales qui s'orientent variablement vers le propionate et/ou le butyrate. L'une des stratégies de prévention de l'acidose latente consiste à distribuer dans l'alimentation des ruminants des probiotiques capables de rééquilibrer le microbiote et les fermentations ruminales (dans un sens favorable pour l'animal). L'analyse de la bibliographie montre toutefois que l'effet des probiotiques, et plus particulièrement des bactéries probiotiques (BP), est variable et parfois contradictoire ce qui serait probablement lié à l'instabilité du microbiote. Afin d'étudier la possibilité de prévenir l'acidose latente par les bactéries propioniques et/ou lactiques, nous avons émis l'hypothèse que leur efficacité dépend des orientations fermentaires dans le rumen. Des acidoses latentes butyrique et propionique caractérisées par des profils fermentaires et microbiens distincts ont été développées chez le mouton non productif et la vache laitière pour étudier l'effet et le mode d'action de la bactérie propionique P63 seule ou associée aux lactobacilles Lb. plantarum ou Lb. rhamnosus (P63, Lp + P63 et Lr + P63) sur le fonctionnement de l'écosystème ruminal et les performances animales. Chez le mouton en situation d'acidose propionique, les BP utilisées ont amélioré le pH ruminal via une réduction de la proportion en lactobacilles. Chez la vache laitière, la stabilisation du pH a été associée à une moindre disponibilité en hydrogène susceptible d'être transformé en protons, suite à une augmentation de la propionogenèse et/ou de la densité bactérienne, deux voies consommatrices d'hydrogène. Au cours de l'acidose latente butyrique, l'amélioration du pH n'a été observée que chez les moutons supplémentés avec Lp + P63. Cet effet semblait être dû à une diminution des acides gras volatils et de la proportion en S. bovis mais aussi à un pH initial faible (pH < 5,5) probablement optimal pour l'action des BP ; ce qui n'était pas le cas chez les vaches pour lesquelles le pH initial était compris entre 5,9 et 6,1. En revanche, l'efficacité digestive a été augmentée par l'association de P63 aux lactobacilles chez la vache laitière. L'association Lp + P63 a augmenté les activités fibrolytiques (cellulase, xylanase) et la digestibilité de la matière organique, tandis que Lr + P63 a amélioré la digestion des fibres et a diminué la production de méthane de 25%. Nous n'avons pas observé d'effet sur les performances zootechniques, ce qui serait probablement dû au dispositif expérimental en carré Latin qui n'est peut-être pas optimal pour mettre en évidence l'effet des BP. Nos résultats sont les premiers à démontrer l'efficacité des bactéries probiotiques pour sécuriser et/ou améliorer la digestion des rations et réduire la production de méthane chez le ruminant en acidose, et l'association de P63 avec les souches de Lactobacillus sont les plus efficaces. Enfin, nous avons validé notre hypothèse selon laquelle l'effet et le mode d'action des bactéries probiotiques pour prévenir l'acidose dépendent des orientations fermentaires dans le rumen.

Les modèles climatiques prédisent pour le futur une accentuation de la fréquence et de l'intensité des épisodes de sécheresse, ce qui affecterait sérieusement les écosystèmes forestiers. En conséquence, il y a une demande croissante pour du matériel végétal plus résistant à la sécheresse, et pour la compréhension des mécanismes génétiques et physiologiques de la tolérance des arbres à la sécheresse. Dans des conditions de sécheresse, la tension dans les vaisseaux du xylème augmente, et la cavitation peut se produire causant une embolie du vaisseau qui devient alors non fonctionnel. La vulnérabilité du xylème à la cavitation est corrélée à la tolérance à la sécheresse, indiquant l'importance de ce caractère pour la tolérance à la sécheresse. Cependant, peu était connu sur la variabilité de ce caractère au niveau intra-spécifique et ses bases génétiques étaient inconnues. Dans un premier temps, nous avons démontré que la vulnérabilité à la cavitation du xylème de peuplier (Populus tremula x Populus alba) s'acclimate à des conditions de sol plus sec et que ceci s'accompagne de changements dans la structure du xylème et d'expressions géniques. Ce processus d'acclimatation appuie l'hypothèse du rôle important joué par la vulnérabilité du xylème à la cavitation dans la tolérance à la sécheresse. Dans un second temps, nous avons étudié les bases structurales et génétiques de la vulnérabilité à la cavitation grâce à deux approches. La première a consisté à étudier les changements anatomiques et d'expressions géniques se produisant au cours de l'acclimatation de la vulnérabilité du xylème à la cavitation à des conditions plus sèches. Nous avons déterminé que l'augmentation de la vulnérabilité à la cavitation dans des conditions plus sèches est corrélée à une diminution du diamètre de la paroi de la ponctuation. Nous avons observé des changements d'expression géniques dans des conditions de sécheresse mais ceux ci n'ont pas pu être reliés à un changement de la vulnérabilité à la cavitation. Dans une seconde approche, nous avons utilisé dix lignées de peupliers dont l'expression de gènes impliqués dans le métabolisme de la lignine ont été modifiés et deux lignées surexprimant une pectine méthylestérase (PME) pour examiner le rôle de ces gènes dans la vulnérabilité à la cavitation. Chez les peupliers ayant un métabolisme des lignines modifié, nous avons également testé la relation entre les propriétés hydriques et mécaniques. Nous apportons des preuves que les lignines et les pectines (à travers les PME) sont impliquées dans la vulnérabilité à la cavitation et nos données sur les lignées transgéniques de peupliers ne soutiennent pas un lien exclusif entre les propriétés hydriques et mécaniques.

Le variant d'histone CENP-A est le facteur responsable de la détermination épigéné- tique du centromère. Il permet le recrutement de nombreuses protéines centromériques, et constitue ainsi la brique fondatrice du kinétochore. Il possède un domaine amino-terminal non structuré dont la fonction précise reste encore à élucider, bien qu'il soit déjà établi chez certaines espèces que ce domaine est requis pour le bon fonctionnement du cen- tromère et conséquemment le bon déroulement de la mitose. Nous avons construit des lignées cellulaires humaines exprimant stablement diverses formes mutantes de CENP-A, qui nous ont permis de réaliser des expériences de pseudogénétique en supprimant l'ex- pression de la protéine CENP-A endogène. Nous observons une augmentation drastique du taux de défauts de ségrégation des chromosomes et de cellules plurinucléées dans des cellules exprimant uniquement le domaine globulaire de CENP-A, ce qui est en accord avec les données de la littérature et confirme l'importance du domaine amino-terminal. Un phénotype similaire est observé dans des cellules exprimant une protéine CENP-A entière mais dont le domaine amino-terminal n'est pas phosphorylable. Nos résultats montrent l'implication de la phosphorylation de la sérine de CENP-A dans le bon déroulement de la mitose, et suggèrent que la fonction mitotique du domaine amino-terminal est centrée sur cette seule phosphorylation.

ATAD3A est une protéine de la famille des AAA-ATPase (ATPases Associés à diverse Activités cellulaires) spécifique des eucaryotes multicellulaires (1). Au laboratoire, la protéine ATAD3A avait été identifiée comme étant une cible spécifique d'interaction calcium-dépendante de la protéine S100B (2). Chez les hominidés, il existe un deuxième membre de la famille ATAD3, la protéine mitochondriale ATAD3B. L'objectif de ma thèse a été de résoudre la topologie mitochondriale d'ATAD3A et d'ATAD3B et d'étudier leurs fonctions et interactions. Nous avons montré que ces deux protéines sont ancrées dans la membrane interne des mitochondries aux zones de contact avec la membrane externe et qu'elles forment des complexes hexamèriques. Nous avons ensuite mise en évidence l'expression spécifique d'ATAD3B dans les cellules embryonnaires humaines et sa réexpression dans les iPS et certaines lignées cancéreuses. Des expériences complémentaires ont été réalisées à l'aide de l'invalidation et de l'expression de mutants dominants-négatifs dans la lignée de cancer de poumon, H1299. Nos résultats suggèrent qu'ATAD3B interagit et forme des hétéro-oligomères avec ATAD3A. ATAD3B sembleraient alors agir entant que dominant-négatif d'ATAD3A. Afin de mieux comprendre la fonction d'ATAD3A in vivo, nous avons développé des modèles chez la Drosophile dont les études démontrent qu'ATAD3A est requis pour la croissance cellulaire et le développement de l'organisme. (1): Gilquin et al. The AAA+ ATPase ATAD3A controls mitochondrial dynamics at the interface of the inner and outer membranes. (Mol Cell Biol. 2010 Apr;30(8):1984-96) (2): Gilquin et al. The calcium-dependent interaction between S100B and the mitochondrial AAA-ATPase ATAD3A and the role of this complex in the cytoplasmic processing of ATAD3A. (Mol Cell Biol. 2010 Mar 29)

L'insuline résistance (IR), caractérisée par une diminution cellulaire de la sensibilité à l'insuline dans les organes insulinosensible, est un élément central de l'obésité, du syndrome métabolique, du diabète sucré et conduit à une augmentation des maladies cardiovasculaires en particulier l'insuffisance cardiaque. Tous ces événements sont aujourd'hui de graves problèmes de santé publique. Mais actuellement, il n'existe pas d'outil simple pour mesurer la résistance à l'insuline. La technique de référence reste le clamp euglycémique hyperinsulinémique. Cependant, la complexité et la longueur de cette technique la rendent impropre à l'utilisation clinique de routine. De nombreuses méthodes ou l'index ont été proposées pour évaluer la résistance à l'insuline chez l'homme, mais aucune n'a montré suffisamment de pertinences pour être utilisée dans un usage clinique. L'équipe de unité INSERM U1039 a validé un nouveau traceur du transport du glucose radiomarqué avec de l'iode 123 et a élaboré un protocole d'imagerie rapide et simple avec une petite gamma-caméra animale, qui permet l'obtention d'un indexe de résistance à l'insuline pour chaque organe, se montrant encore plus discriminant pour le cœur. Le projet de ma thèse était de transférer à l'humain cette technique de mesure, parfaitement validé chez l'animal. La première partie de cette thèse évaluait la tolérance, la cinétique in vivo, la biodistribution et de la dosimétrie de ce nouveau traceur du transport du glucose, le [123I] - 6DIG. La sécurité du nouveau traceur et de la technique de mesure était adéquate. Il n'y a pas eu d'effets indésirables avec une excellente tolérance de l'ensemble du protocole. L'élimination du 6DIG est rapide, principalement dans les urines et complète dans les 72h. La dose efficace pour un scan complet avec injection de 92,5 × 2 MBq était de 3 à 4 mSv. La deuxième partie de cette thèse évaluait chez l'homme la faisabilité et la reproductibilité de la technique de mesure validée chez l'animal. La troisième partie montre les techniques utilisées pour permettre le transfert à l'homme de cette méthode. Le protocole d'étude a été appliqué sur 12 sujets (volontaires sains (n = 6) et 2 patients diabétiques de type (n = 6)). Avec une méthode adaptée à une mesure chez l'homme, nous avons déterminé un index d'IR permettant de discriminer une population résistante d'une population sensible à l'insuline. Nous rapportons ici la première utilisation clinique du 6DIG et décrivons une méthode d'imagerie originale pour évaluer le transport du glucose myocardique. Cette étude supervisée par l'INSERM, est le premier à utiliser un traceur SPECT pour étudier le transport du glucose.

Les piwi-interacting RNAs (piRNA) interagissent avec les protéines qui font partie de la branche PIWI de la famille des Argonautes. Ils participent à la répression des transposons dans la ligne germinale. Chez la souris, les protéines PIWI sont indispensables pour la fertilité des mâles et sont responsables de la méthylation de l'ADN au niveau des promoteurs des transposons. Les piRNA sont produis à partir de deux mécanismes: la biogenèse primaire et le cycle d'amplification ping-pong. Nous avons fait des études fonctionnelles sur deux protéines qui participent à la voie des piRNA: l'hélicase d'ARN MOV10L1 et l'immunophiline FKBP6. Nous avons décrit le rôle de MOV10L1 en tant que facteur de biogenèse primaire. La disruption génétique du domaine hélicase de MOV10L mène à une activation des transposons et à une perte de la méthylation de l'ADN. Ainsi, les piRNA ne sont pas produits chez le mutant, ce qui suggère que MOV10L1 est essentielle pour la biogenèse des piRNA. Tdrd1 interagit avec les protéines PIWI et joue un rôle dans la voie des piRNA en recrutant quelques facteurs à partir de son domaine MYND N-terminal. Nous avons montré que le domaine MYND de Tdrd1 interagit avec FKBP6, une protéine qui appartient à une famille d'isomérases de prolines qui sont présentes dans des complexes de chaperonnes. Les études biochimiques réalisées indiquent que FKBP6 est inactive et qu'elle utilise son domaine isomérase comme un module structural qui interagit avec les protéines PIWI, alors qu'elle interagit avec Hsp90 avec son domaine TPR. L'analyse d'une souris mutante pour fkbp6 a révélé une dérépression des transposons et une perte de la méthylation de l'ADN, mais peu d'effets sur la biogenèse primaire. Ces résultats sont en accord avec un rôle de FKBP6 en aval de Tdrd1, et nous pouvons penser que ce rôle pourrait être le recrutement de Hsp90 pour participer au cycle d'amplification ping-pong.

Le contrôle de l'aérocontamination fongique est devenu un objectif majeur pour préserver la santé humaine et animale. L'évaluation de l'aérocontamination fongique fait classiquement appel aux techniques de mise en culture ou de dosage de composants fongiques présents dans l'air. Ces techniques présentent des inconvénients. C'est la raison pour laquelle, nous nous sommes fixés comme objectif de mettre au point des méthodes d'analyse alternatives utilisant des outils de biologie moléculaire. Dans un premier temps, nous avons comparé plusieurs techniques de prélèvements d'air dans des environnements intérieurs présentant une contamination plus ou moins élevée. Nous avons, par la suite, optimisé les conditions d'extraction de l'ADN fongique à partir de prélèvements d'air. L'ADN extrait a été amplifié par PCR " semi-nichée " avec des amorces universelles permettant d'amplifier une partie de l'ARNr 18S de champignons. Par la suite, nous avons utilisé la TTGE (Temporal Temperature Gradient Electrophoresis) et la D-HPLC (Denaturing High Performance Liquid Chromatography) pour séparer les amplificats. Chaque produit de PCR a été identifié par séquençage direct après purification. La comparaison des espèces identifiées par ces techniques avec celles qui sont obtenues par la méthode classique (culture) apporte de meilleurs renseignements sur la qualité fongique d'un même prélèvement d'air. L'application de ces techniques dans des environnements à différents niveaux de contamination a permis de déduire que l'étude de l'évaluation de l'aérocontamination fongique se fait par l'association de la culture et des méthodes moléculaires

Le travail décrit dans ce manuscrit rassemble les résultats obtenus au cours de ma thèse de doctorat. Ils s'inscrivent dans le domaine de la glycobioinformatique. Ils ont impliqué des développements de bases de données structurales et des applications en modélisation moléculaire des interactions protéines-sucres. Les méthodes de modélisation moléculaire ont été utilisées dans la reconstruction et dans la prédiction des structures tridimensionnelles de polysaccharides et d'oligosaccharides, ces dernières étant également établies par une approche de type "haut-débit" par application d'un algorithme génétique à des fins de minimisation énergétique. Les données ainsi générées ont été organisées sous la forme de bases de données relationnelles, proprement annotées (PolySca3DB et BiOligo) qui sont en libre accès pour consultation sur internet. Ces méthodes de modélisation moléculaire ont été appliquées à la caractérisation, par RMN en solution, des conformations de basse énergie d'une souche pathogène d'un polysaccharide de la bactérie E. coli. D'autres bactéries pathogènes de type gram négatif, interagissent avec des oligosaccharides par l'intermédiaire de protéines secrétées, telles que des lectines. Nous avons testé, au travers de l'utilisation de méthodes d'amarrage moléculaire, la possibilité d'identifier de manière automatique, la nature de ces interactions, en prenant comme cibles des épitopes oligosaccharidiques fucosylés. Les résultats de ces recherches ont été comparés, de manière critique, à ceux issus de l'application de bio-puces à sucres et de calorimétrie isotherme de titration. Les conclusions et perspectives de ces travaux sont présentées dans un article de revue consacré à l'application des méthodes de chimie computationnelle dans l'étude des interactions protéines-glucides qui viennent compléter l'arsenal des outils dédiés au champs de recherche couvert par la glycobiologie structurale et moléculaire.

Le génotypage d'une famille jordanienne consanguine constituée de 5 frères globozoospermiques et de 3 frères fertiles sur puce Affymetrix, a permis d'identifier un nouveau gène responsable de la globozoospermie situé dans un intervalle de 6.4Mb en 12q14.2. Au regard de son expression prédominante dans le testicule et l'implication de son orthologue, chez C. elegans, dans la polarisation cellulaire, le gène DPY19L2 est un gène candidat parfait. Le gène, codant pour une protéine transmembranaire, est flanqué par deux séquences répétées (LCRs) qui partagent 96,5% d'identité. Dans une première étude, une délétion de 200Kb englobant l'ensemble du gène a été mise en évidence chez les 4 frères infertiles de cette famille jordanienne ainsi que chez 3 autres patients non apparentés. Nous avons ensuite recruté une plus grande cohorte de 54 patients. Parmi ces patients, 20 sont homozygotes pour la délétion de DPY19L2 et 7 sont hétérozygotes composites associant la délétion hétérozygote et une mutation ponctuelle. En outre, nous avons identifié, 4 patients avec des mutations ponctuelles homozygotes. Par conséquent, la fréquence d'implication de DPY19L2 s'élève à 66.7%. En tout, 9 points de cassures, regroupés en deux hotspots au sein des LCRs, ont pu être mis en évidence. Ceci confirme que le mécanisme sous-jacent de la délétion est une recombinaison homologue non allélique (NAHR) entre les LCRs. En conclusion, nous confirmons que DPY19L2 est le principal gène de la globozoospermie et nous élargissons le spectre des mutations possible dans ce gène.

Le travail présenté dans ce manuscrit a permis de définir un nouveau rôle de l'uridylation des ARNm en utilisant Arabidopsis comme organisme d'étude. L'uridylation des ARN est catalysée par des ARN nucléotidyltransférases de la famille des poly(A) polymérases non canoniques ou ncPAP. Parmi les 14 gènes codant pour des ncPAP chez Arabidopsis, nous avons identifié une terminale uridylyl transférase, TUT1, responsable de l'uridylation des ARNm. Nos résultats montrent que TUT1 uridyleles ARNm après une étape de déadénylation. Cette uridylation ne modifie pas la vitesse de dégradation des ARNm mais est essentielle pour prévenir l'attaque des extrémités 3' des ARNm déadénylés par des activités 3'-5' exoribonucléasiques et la formation de transcrits aberrants tronqués en 3'. De manière intéressante, cette protection par l'uridylation peut être détectée au niveau des polysomes. Une des fonctions biologiques de l'uridylation des ARNm consiste à établir une polarité de 5' en 3' de la dégradation des ARNm. Cette polarité pourrait être essentielle dans le cas d'une dégradation des ARNm en cours de traduction.