5 mutations responsables de retard mental ont été identifiées dans le gène p21-activated kinase 3 (pak3). Nous avons récemment identifiés dans pak3 deux exons alternatifs très conservés appelés b et c. Ainsi, en plus du variants PAK3a (dépourvu des inserts b ou c), le gène pak3 code pour 3 nouveaux variants d'épissage PAK3b, PAK3c et PAK3cb qui sont constitutivement actifs et insensibles aux GTPases. De plus, contrairement à PAK1 et PAK3a, leur domaine d'auto-inhibition est incapable d'inhiber un domaine kinase. Ainsi, le but de ce projet était de comprendre le mécanisme de régulation de la kinase PAK3. Un modèle de régulation a récemment été proposé dans lequel PAK1 forme des homodimères pouvant être dissociés par les GTPases, permettant ainsi l'activation de la kinase. En se basant sur ces observations j'ai cherché à identifier les dimères PAK3 et j'ai montré que les kinases PAK3a, b, c et cb forment préférentiellement des hétérodimères avec PAK1. J'ai démontré l'existence de ces dimères dans le cerveau et j'ai mis en évidence que ces hétérodimères permettent à chaque monomère de réguler l'activité kinase de son partenaire in vitro. Ce travail permet de proposer un modèle de régulation symétrique pour PAK3a qui forme des hétérodimères avec PAK1 et un nouveau modèle de régulation asymétrique pour les variants d'épissage, également basé sur leur hétérodimérisation avec PAK1. Mes résultats montrant une corégulation des kinases PAK neuronales suggèrent d'une part que leur activation puisse être synchronisée et d'autre part que dans certaines situations physiopathologiques (Cancer et maladies neurologiques) leur dérèglement puissent interférer.

By using cryo-electron microscopy, we analyzed the morphology and structure of long double-stranded DNA chains condensed upon addition of varying amounts of the tetravalent polycation spermine (polyamine). Experiments have been performed i) with chains diluted in the bulk and ii) with individual chains confined in a virus capsid.Bulk experiments have been done with lambda DNA (48.5 kbp) at low concentration (0.03 mM Ph) and in low salt conditions (10 mM Tris HCl, 1 mM EDTA, pH 7.6). We explored a wide range of spermine concentration, from the onset of precipitation (0.05 mM sp) up to above the resolubilization limit (400 mM sp). Sixteen min after mixing spermine and DNA, samples have been trapped in thin films and vitrified in liquid ethane to keep ionic conditions unchanged, and imaged at low temperature with low doses of electrons (cryoTEM). DNA chains mostly form large aggregates of toroids in which DNA chains are hexagonally packed with interhelical spacings of 2.93, 2.88, and 2.95 nm at 0.05, 1 and 100 mM spermine, respectively, in agreement with previous X-ray data. At higher spermine concentration (200 mM), hexagonal toroids are replaced by cholesteric bundles with a larger interhelical spacing (3.32 nm). We conclude that the shape and the structure of the liquid crystalline sp-DNA condensates are linked to the DNA interhelix spacing and determined by the ionic conditions i.e. by the cohesive energy between DNA strands. Outside of the precipitation domain (400 mM spermine), DNA chains form a soluble network of thin fibers (4-6 nm in diameter) that let us reconsider the state of these DNA chains in excess of spermine. We also designed experiments to visualize condensates formed 6-60 sec after mixing Lambda DNA with 0.05 mM spermine, under identical buffer conditions. Among multiple original shapes (not found after 16 min), the presence of stretched and helical elongated fibers seen only 9sec after addition of spermine let us propose that DNA chains are immediately stretched upon addition of spermine, relax into helical structures and finally form small toroids (containing in some cases less than one Lambda chain) that further grow and aggregate. We also analyzed the dimensions and structural details of the complete collection of toroids, and reveal the existence of geometric constraints that remain to be clarified. Since it was only exceptionally possible to prevent the aggregation of DNA in dilute solution, we used another approach to observe the collapse of single DNA chains. We handled a population of T5 viruses containing a fraction of their initial genome (12-54 kbp long). The Na-DNA chain, initially confined in the small volume of the capsid (80nm in diameter) is collapsed by the addition of spermine. Compared to the first set of experiments, we explored a higher DNA concentration range (0.45 mM Phosphates in the whole sample) and the spermine concentration was varied from 0.05 to 0.5 mM (which corresponds to much lower +/- charge ratios). Experiments are thus performed close to the precipitation line, in the coexistence region, between the region where all chains are in a coil conformation, and the region where all chains are collapsed into toroids. We describe the existence of intermediate states between the coil and the toroidal globule that were not reported yet. In these "hairy toroids", part of the DNA chain is condensed in the toroid and the other part stays uncondensed outside of it. The interhelical spacing was also measured; it is larger in these partly-condensed toroids than in the fully organized toroids formed at higher spermine concentration.These two series of experiments show the interest of cryoEM to analyze the structural polymorphism and local structure of spermine-DNA aggregates. We also demonstrated how the confinement interferes with DNA condensation and the interest to investigate such effects that are important in the biological context.

La période d'abattage est complexe car elle se compose d'une succession de situations associées à une multitude de facteurs de stress. L'animal est généralement privé d'alimentation et est ensuite confronté à un environnement changeant et contraignant qui demande en permanence des adaptations comportementales et physiologiques effectant son état émotionnel. Les objectifs de cette thèse sont (i) de mieux comprendre l'origine des réactions des bovins au cours de la période d'abattage, et (ii) d'évaluer leur stress d'un point de vue comportemental et physiologique à l'aide d'études menées à la fois en abattoir industriel et dans des conditions expérimentales. Nos travaux sur le terrain mettent en évidence la nécessité de tenir compte de toutes les procédures d'abattage, y compris les plus courtes, ainsi que des contraintes organisationnelles des abattoirs car elles influencent l'état de stress des bovins. Pendant la période d'élevage, la caractérisation des bovins selon leur réactivité émotionnelle, qui dépend en partie de leur expérience antérieure et de leur race, permet d'identifier les animaux susceptibles de réagir plus fortement aux procédures d'abattage. Elle permet également de déterminer les facteurs de stress prépondérants associés à ces procédures

La connaissance du flux d'eau que le sol peut transmettre entre une nappe peu profonde et la surface est d'importance pour la gestion de la ressource en eau et la pérennité des périmètres irrigués. En régime permanent, on estime classiquement ce flux en résolvant la loi de Darcy ; on admet donc que le processus de remontée capillaire s'effectue sous la forme d'un écoulement liquide isotherme. La solution de l'équation présente une asymptote : pour un sol et une profondeur de nappe donnés, il existe un flux limite indépendant des conditions à la surface du sol. A partir de mesures sur une colonne de sol et de calculs basés sur un modèle de transferts d'eau et de chaleur dans le sol et l'atmosphère, nous étudions l'effet de la diffusion vapeur et du couplage entre le sol et l'atmosphère sur le flux dans la zone non saturée. Nous montrons que la loi de Darcy est bien adaptée à l'estimation de ce flux d'autant que les variations climatiques diurnes sont sans conséquence sur le flux moyen.

Le travail porte sur la compréhension de l'influence de la transpiration sur le bilan hydrique d'un système irrigué-drainé. Il est divisé en deux parties : une expérimentale (en laboratoire et sur le terrain) et une de modélisation. En laboratoire nous avons tenté de déterminer si les prélèvements de la canne à sucre, de la variété la plus répandue dans la plaine du Gharb au Maroc (CP 66-345), sont affectés par des conditions d'engorgement du sol. La canne s'est développée pendant six mois en lysimètre avec une nappe maintenue à l'aide d'un vase de Mariotte à 70 cm de profondeur. La nappe a ensuite été successivement remontée à 0,45, 0,2 et 0,05 m de profondeur pendant 21, 31 et 24 jours, respectivement. La transpiration a été mesurée à l'aide de capteurs de flux de sève. Aucune diminution des prélèvements racinaires n'a été observée avec les conditions d'engorgement du sol. In situ sur la station expérimentale du Gharb, nous avons étudié la possibilité de déterminer la transpiration d'un couvert de canne à sucre (de près de 200 000 tiges) à partir de mesures de flux de sève de seize tiges de canne à sucre. Différentes méthodes d'extrapolation des flux de sève de quelques tiges à la transpiration du couvert ont été testées ; elles ont toutes montré une surestimation de 30 à 75 % en moyenne, sur une période de dix jours, par rapport à l'évapotranspiration potentielle calculée à partir du bilan énergétique. La seconde partie du travail a porté sur l'étude du fonctionnement et la comparaison de deux fonctions puits racinaires. La première fonction, nommée fonction α, pondère la transpiration potentielle par un paramètre dépendant de la succion de l'eau du sol et par la densité racinaire. Dans la seconde fonction, nommée fonction Ψ r, les prélèvements sont proportionnels à la différence de succion au niveau du sol et des racines, à la conductivité hydraulique du sol et à la densité racinaire. La fonction α a été étudiée à travers le code commercial Hydrus 2D (Simunek et al., 1996) que nous avons utilisé en l'état alors que nous avons modifié le code SIC (Système Intégré de Conception) (Breitkopf et Touzot, 1992) pour y introduire et ajuster la fonction Ψr. Ces deux fonctions ont été utilisées pour déterminer le profil de distribution des prélèvements racinaires de la canne à sucre développée en laboratoire. Nos simulations ont montré que la fonction Ψr est la mieux adaptée pour rendre compte des prélèvements en présence d'une nappe superficielle dans le profil racinaire. La fonction α s'est en effet révélée inadaptée principalement parce qu'elle ne tient pas compte de la conductivité hydraulique non saturée du sol. Finalement le comportement d'une nappe se tarissant sous l'effet conjugué d'un système de drainage gravitaire souterrain et de la transpiration a été analysé. Le fonctionnement des deux fonctions puits racinaires α et Ψr a été comparé pour des sols caractérisés par des propriétés hydrodynamiques différentes. Les résultats des simulations ont été analysés en terme de proportions relatives d'eau évacuée par drainage gravitaire et par transpiration. Les relations débit au drain-hauteur de nappe à l'interdrain obtenues au cours de nos simulations ont été étudiées via une relation dérivée des approches dites "saturées" du fonctionnement du drainage (Lesaffre, 1989 ; Bouarfa et Zimmer, 1996) tenant compte de la contribution au débit de l'évapotranspiration.

Le but de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la corrosion marine des structures en acier. Ces mécanismes impliquant l'influence de micro-organismes vivants, et notamment des bactéries sulfurogènes, l'étude a couplé des méthodes physico-chimiques à des techniques de microbiologie et de biologie moléculaire. Dans un premier temps, un système modèle de laboratoire a été élaboré afin d'étudier en détail les interactions entre les bactéries sulfato-réductrices (BSR) et le principal produit de la corrosion électrochimique des aciers en milieu marin, à savoir la rouille verte sulfatée RV(SO42-). Nous avons ainsi pu reproduire une partie des mécanismes mis en jeu, en montrant que les BSR pouvaient se développer en consommant les ions SO42- issus de la rouille verte et générer ainsi la mackinawite FeS observée sur sites. Dans un deuxième temps, l'évolution de la couche composite " rouille/biofilm " se formant sur acier en milieu marin a été suivie pour des temps courts d'immersion, allant de 1 semaine à deux mois. Le suivi simultané des données microbiologiques et physicochimiques a permis de montrer que l'influence des BSR ne se faisait pratiquement pas sentir à ce stade. Cependant, le développement préférentiel de bactéries associées au fer et au soufre au sein de la couche de rouille a pu être mis en évidence. Par ailleurs, très localement, le processus influencé par les BSR a été détecté. Enfin, une étude électrochimique en solutions désaérées simulant l'eau de mer a été confrontée aux résultats de l'analyse physico-chimique et microbiologique d'un coupon immergé 11 ans en milieu portuaire. L'ensemble des résultats montrent que RV(SO42-) se forme également lorsque des conditions anoxiques sont établies à la surface du métal. La formation de RV(SO42-) entre cependant en compétition avec celle de FeS et Fe3O4 suite aux modifications du milieu que peuvent engendrer les micro-organismes. A ces temps d'immersion long, l'influence des bactéries semblent néanmoins s'amoindrir, les micro-organismes tendant à s'éloigner des strates internes de la couche de rouille et donc du métal pour coloniser des zones externes plus riches en substances nutritives.

La cognition se réfère aux mécanismes par lequel l'animal perçoit, apprend, mémorise et agit selon les informations auquel il est confronte dans son environnement. Les animaux on chacun leur propre monde sensoriel et il est primordial qu'ils s'y adaptent en développant des compétences spécialisées en fonction des informations sensorielles qui lui sont le plus utile. Il en est de même des informations qu'il est utile de stocker afin de pouvoir les utiliser ultérieurement. Les mécanismes sous-jacents à ces processus d'adaptation comportementale sont lies à la plasticité du système. Comment cette plasticité permet la mise en place de modules adaptatif reste actuellement une question sans complète explication. Le thème de cette thèse porte sur la plasticité et la modularité des capacités d'apprentissage et de mémoire olfactive chez Drosophila melanogaster. Dans la nature, la drosophile est confrontée à des environnements sensoriels complexes comprenant plusieurs stimuli sensoriels qu'elle doit associées à des renforcements négatifs ou positifs selon les conditions. En laboratoire il est possible de reproduire ce genre d'événement et j'ai ainsi pu tester le niveau d'adaptation des drosophiles à différent niveaux de traitement de l'information. Je démontre dans ce manuscrit que l'adaptation se produit à différents niveaux que ce soit la perception de l'information, les mécanismes de stockage des informations pertinentes et aussi la mise a jour de mémoires qui ne sont plus utiles. Ces processus ont révèle l'existence de modules cognitifs plus ou moins spécialisés qui permettent a l'animal de s'adapter spécifiquement a son milieu. De plus, la réalisation d'une sélection artificielle sur les compétences à stocker les informations révèle l'implication de l'évolution dans la mise en place de ces modules.

My thesis work consisted in the study of cilia and flagella, organelles highly conserved in many eukaryotes, which protrude at the cell surface as a microtubular backbone, the axoneme, bounded by an extension of the plasma membrane. A major interest in the study of cilia is that they are involved in the regulation of many cell events, such as re-entry in the cell cycle, and that their dysfunction in vertebrates provokes multi-symptomatic diseases called ciliopathies. Ciliary growth is under control of IFT (intraflagellar transport) mechanism, first discovered in Chlamydomonas. The IFT complex includes at least 17 members and is is composed of two subcomplexes, IFTB linked to kinesin for anterograde transport in ciliary building, and IFTA linked to dynein for retrograde transport in recycling. In my thesis on IFT in Paramecium, I focused on IFT57/Hippi, a member of IFTB, which seems to display two different functions in human cells: biogenesis of cilia as member of the IFTB particle and gene regulation in Huntington's diseases, as part of a complex with Hip1 that binds caspase promoters involved in apoptosis. Some recent work also showed that in the cytoplasm of non-ciliate cells, IFT57, associated with IFT20 and IFT88, regulates T-cell antigen receptor (TCR) recycling in immune synapse. In Paramecium, four genes issued from two successive genome duplications encode IFT57 (IFT57A - D). The isoforms A and B on the one hand and C and D on the other hand are sufficiently close in DNA sequence to get homology dependent RNAi silencing with only one gene of each pair. I first confirmed that IFT57 Paramecium genes have a conserved IFT function in cilia formation, but apparently not in maintenance, in contrast to other IFT proteins such as IFT46. The combination of RNAi and GFP fusion localization allowed us to suggest interactions between IFT46 and IFT57 in the cytoplasm, upstream from the usual site of interaction in the basal body. I also found that IFT57A-GFP, but not IFT57C-GFP, can enter the macronucleus and that the labelling shifts from the old to the new macronucleus during sexual events (autogamy and conjugation). This result must be analysed in light of the mechanism that governs genome rearrangements during nuclear reorganization, which are dependent on transport of RNA as well as of piwi and other RNA-binding molecules from old to new macronucleus. By extension of its ciliary role, one interesting possibility is that IFT57 is a partner involved in this transport. I tried to detect the putative roles of IFT57A in sexual process and worked out a new RNAi method by hairpin RNA expression. I expressed a specific IFT57A hairpin under the control of the NOWA1 promoter (only expressed in autogamy or conjugation) and found surprisingly that this hairpin stops the autogamy process. Since another hairpin contain NSF sequence displayed a similar phenotype, I could not draw any conclusion about the role of IFT57A during autogamy. Using chimeras by exchanging parts of IFT57A and IFT57C, then by comparing this sequence to other in the Paramecium genus, I could determine the shortest region of IFT57A necessary for nuclear localization is the peptide encompassing L129 to N219, with two critical positions to functionally distinguish these two proteins.

Les génomes de bactériophages ont une capacité remarquable d'évolution. L'objectif de ma thèse a été d'étudier le rôle des recombinases de bactériophages dans cette évolution. Notre hypothèse était que les recombinases phagiques diffèrent de la recombinase bactérienne RecA par une fidélité relâchée lors de la réaction de recherche d'homologie, qui pourrait expliquer en partie la très grande plasticité des génomes de bactériophages. Nous avons tout d'abord utilisé une approche bioinformatique basée sur la recherche d'homologies lointaines pour prédire un maximum de gènes de recombinases dans les génomes entièrement séquencés, puis nous avons confirmé l'activité de recombinaison de certaines d'entre elles, par un test d'appariement d'ADN simple brin entre séquences identiques in vivo. Ceci nous a permis de conclure qu'il existait trois superfamilles de recombinases chez les bactériophages, de type Rad52, Rad51/RecA et Gp2.5, présentes dans 42% des 465 génomes analysés. Dans un deuxième temps, nous avons comparé six de ces recombinases à RecA et avons montré que toutes étaient capables de faire de l'appariement simple brin in vivo, contrairement à RecA. Pour deux d'entre elles, Redβ de Lambda (type Rad52) et Sak4 de HK620 (type Rad51/RecA), nous avons observé que l'appariement simple brin continuait à se produire, avec une efficacité diminuée, jusqu'à 13% de divergence entre les séquences. L'appariement d'ADN simple brin est donc une propriété commune aux recombinases de bactériophages qui les distingue de RecA, et semble pouvoir se maintenir pour un niveau élevé de divergence, ce qui soutient l'hypothèse d'une recombinaison homologue différente et plus relâchée dans sa fidélité chez les bactériophages.

Le virus de l'herpès simplex de type 1 (HSV1) établit une infection latente dans le système nerveux de l'homme, au cours de laquelle un type de transcrits, appelés LATs (pour latency associated transcripts), s'accumule dans les neurones infectés. Le rôle clef des LATs dans le contrôle de la latence virale est reconnu. Cependant, depuis leur découverte dans les années 80, leur mécanisme d'action reste non élucidé.Le gène des LATs est transcrit en un LAT primaire de 8,3kb, qui est épissé, conduisant à la formation de deux LATs stables : le LAT2kb et le LAT1.5kb. De façon remarquable, le LAT2kb et le LAT1.5kb sont des introns. Leur stabilité est la conséquence d'un branchement non canonique qui se traduit par le maintien de la structure en lariat. Par ailleurs, la région du génome codant les LATs contient également le gène RL2 qui code ICP0, la protéine la plus en amont dans la cascade de réactivation du virus. Des études précédentes ont montré qu'au moment de la latence, des transcrits RL2 non épissés, s'accumulent au site principal de la latence (le ganglion de Gasser).Nous avons caractérisé ces transcrits non épissés du gène RL2 dans les tissus infectés de façon latente. Ils contiennent de façon reproductible l'intron 1 et sont d'autant plus abondants dans les tissus infectés de façon latente que les LAT s'accumulent. On peut ainsi distinguer plusieurs types de tissus infectés de façon latente, dont les deux exemples les plus représentatifs sont d'une part le ganglion de Gasser (forte expression des LAT et accumulation de transcrits RL2 non-épissés) et d'autre part le ganglion cervical supérieur (pas d'accumulation de LAT par rapport aux quantités exprimées pendant la phase aiguë de l'infection, et très peu d'expression dans transcrits non-épissés). Dans tous les cas, la réalité du caractère latent de l'infection était confirmé par la présence de génome viral sans expression de transcrits matures de gène viral précoce (représenté par celui de la thymidine kinase) ni tardif (gène UL18). Ces résultats suggèrent une relation entre la présence des LAT et l'accumulation de transcrits RL2 non-épissés, ce qui pourrait être en relation avec le maintien de l'infection à l'état latent dans ces tissus.