La pourriture grise causée par Botrytis cinerea est l'une des principales maladies de la vigne. La principale solution pour faire face à cette maladie est l'utilisation de produits chimiques, mais la lutte chimique cause des dommages environnementaux et conduit au développement de souches de B. cinerea résistantes. Une stratégie alternative consiste à stimuler les mécanismes de défense naturelle de la vigne. Cependant, B. cinerea est connu pour contourner les défenses de la plante (El Oirdi et Bouarab, 2011) et à ce jour aucun éliciteur n'a montré d'effet protecteur probant contre B. cinerea. De plus, les résultats prometteurs observés au laboratoire se révèlent souvent décevants au vignoble et à ce jour aucun produit stimulateur de défense ne confère à la vigne une protection acceptable contre la pourriture grise. Pour développer des éliciteurs efficaces contre la pourriture grise, il s'avère donc essentiel de caractériser des marqueurs de protection qui permettraient de distinguer stimulation des défenses et protection efficace de la vigne contre B. cinerea. Pour ce faire des analyses comparatives ont été réalisées par 2D-PAGE afin de comparer au niveau protéique l'effet d'éliciteurs induisant une protection et l'effet d'éliciteur n'induisant pas une protection. Les recherches se sont concentrées sur l'apoplaste, qui est un réseau continu dans les plantes créant une interface avec l'environnement. Après la cuticule, l'apoplaste est ainsi la première barrière contre les attaques d'agents pathogènes (Agrawal et al., 2010). Afin d'obtenir un aperçu du protéome constitutif de l'apoplaste (secrétome), une méthode d'infiltration-centrifugation a été optimisée afin de recueillir le fluide apoplastique à partir de feuilles de vigne. Les profils protéiques apoplastiques ont ensuite été comparés aux profils protéiques de feuilles entières par 2D-PAGE et les protéines identifiées par spectrométrie de masse. Cette approche nous a permis d'établir une carte protéique des feuilles entières et du secrétome de la vigne. A notre connaissance, cette étude fournit la première carte protéique du secrétome de la vigne. Cette étude nous donne ainsi un aperçu des protéines les plus abondantes de l'apoplaste de feuilles de vigne. Une prédiction de la fonction des protéines nous a permis de conclure que l'apoplaste de vigne contient principalement (i) des protéines liées aux stress, (ii) des protéines impliquées dans le métabolisme de la paroi cellulaire et (iii) des protéases. Pour confirmer la qualité des extractions, l'analyse prédictionnelle de la sécrétion des protéines a révélé une forte proportion de protéines secrétées de manière classique et non classique (Leaderless Secreted Proteins, LSP). Cette approche offre un grand nombre de protéines candidates impliquées dans les diverses fonctions physiologiques de l'apoplaste. (…)Parallèlement cette étude présente les travaux préliminaires entrepris, également par 2D-PAGE, pour (i) mettre en évidence des marqueurs de potentialisation chez la vigne, (ii) mettre en évidence les bouleversements, au niveau protéique, causés par une infection de B. cinerea sur la vigne et (iii) comprendre comment un traitement avec un éliciteur protecteur pourrait limiter ces effets néfastes. La validation de ces marqueurs par différentes approches permettra d'améliorer la compréhension des mécanismes de défense des plantes et le développement d'outils pour le criblage de nouveaux éliciteurs candidats pour leurs effets protecteurs contre la pourriture grise et pour le suivi des défenses de la vigne directement au vignoble. / Grey mould caused by Botrytis cinerea infection is one of the main diseases affecting grapevine. The main solution to cope with this disease is the use of chemicals, but chemical control cause environmental damages and lead to the development of B. cinerea resistant strains. An alternative strategy to prevent diseases consists in stimulating plant defense mechanisms. Nevertheless B. cinerea is known to manipulate plant defenses (El Oirdi and Bouarab, 2011) and to date no elicitors have shown expected protective effect against B. cinerea even if they stimulate defense markers. Moreover despite that numerous studies showed an excellent efficacy of elicitors in laboratory conditions, in vineyard the obtained results are often disappointing.Thus it is necessary to distinguished elicitors inducing protection (protective elicitor) from elicitors inducing defense but no protection (non protective elicitors). For that it appears crucial to characterize markers which would enable to discriminate grapevine defense stimulation from effective protection against B. cinerea. To reach this goal, comparative analyses were performed by 2D-PAGE in order to compare the effect of protective elicitors from non protective elicitors against B. cinerea on grapevine apoplastic fluids. Those biomarkers could be defined as protection biomarkers.Researches were focused on the apoplast, which is a continuous network in plants and creates an interface with the environment. After the cuticle, apoplast is the first barrier against pathogen attacks (Agrawal et al., 2010). In order to obtain an overview of the constitutive apoplastic proteome (secretome), a vacuum-infiltration-centrifugation method was optimized to collect the apoplastic fluid from grapevine leaves. Apoplastic protein profiles were compared to whole-leaf protein profiles by 2D-PAGE and protein identifications were performed by tandem mass spectrometry. This approach allowed us to establish a well-defined proteomic map of whole-leaf and apoplastic leaf. To our knowledge, it is the first time that the apoplastic fluid is recovered from grapevine to characterize its protein content. This study provides a comprehensive overview of the most abundant proteins present in grapevine apoplast. Protein function prediction allowed us to conclude that the grapevine apoplast mainly contains a high proportion of (i) stress-related proteins, (ii) proteins involved in cell wall metabolism, (iii) proteases. To confirm quality of extractions, proteins secretion prediction tools revealed a high proportion of classical and non-classical secreted proteins namely Leaderless Secreted Proteins (LSP). This approach provides thus a large number of candidate proteins involved in physiological functions of the apoplast under various stresses.Differential analyses let us to highlight 7 putative markers, namely an aspartyl protease, a β-1,3 glucanase, an isoflavone reductase for induced markers and an another aspartyl protease, an another β-1,3 glucanase, a germin-like protein and a serine pyruvate amino transferase for repressed markers. This proteins could act in a concert manner to (i) regulate reactive oxygen species homeostasy and dercease programmed cell death, (ii) counteract B. cinerea virulence factors, (iii) increase plant cell wall stiffening, (iv) cause fungal membrane leakage and (v) participate in the induction of systemic defence responses.In addition, this study provides preliminary research performed to highlight (i) priming biomarkers in grapevine, (ii) damages caused by B. cinerea infection on grapevine proteome and (iii) how a protective elicitor treatment could limit those damages.Further functional analyses of these proteins will improve the understanding of plant defense mechanisms and tools development for large scale screening of new elicitors regarding their protective effects against grey mould disease and for following grapevine defenses in vineyard.

L'objectif général de cette thèse était d'étudier les mécanismes microbiens intervenant dans l'évolution de la structure et des propriétés du caoutchouc naturel produit à partir du latex d'Hevea brasiliensis lors de la maturation du latex et des coagula de tasse. Pour cela, trois niveaux d'analyses ont été réalisés sur des expériences de maturation en conditions contrôlées : analyse de la structure et des propriétés du caoutchouc sec, analyse des flores microbiennes et analyses biochimiques. Après une phase de mises au point méthodologiques permettant notamment d'optimiser les conditions de maturation en chambre contrôlée et de définir une méthode d'extraction d'ADN adaptée au latex et au sérum de coagulum, des échantillons de caoutchouc sec et de sérum ont été produits à différents temps de maturation et selon différents traitements faisant varier trois paramètres : la présence de microorganismes, la présence d'oxygène, et le mode de coagulation du latex. Les analyses sur caoutchouc sec se sont portées sur la macrostructure (P0, P30 et PRI) et sur la mésostructure (Mw, Mn et gel total). L'analyse des flores microbiennes s'est appuyée sur plusieurs méthodologies complémentaires : comptages sur boîtes, dosage de l'ADN total, clonage/séquençage et pyroséquençage 454. L'objectif était d'évaluer la diversité des flores sur plantation et dans le latex ainsi que de suivre la dynamique de leur évolution au cours de la maturation en milieu contrôlé. Diverses analyses biochimiques ont réalisées sur latex, sérum et caoutchouc sec (taux d'azote, protéines, lipides, sucres, québrachitol, acides organiques). Les résultats obtenus ont ensuite été analysés en vue d'établir des corrélations et de proposer des mécanismes reliant l'évolution des propriétés du caoutchouc sec à celle de la biochimie du latex et des coagula et de leur évolution sous l'action des microorganismes et des enzymes, et de proposer quelques pistes en vue de l'amélioration des itinéraires techniques dans la filière. / The overall objective of this thesis was to study the microbial mechanisms involved in the evolution of the structure and the properties of the natural rubber from Hevea brasiliensis during the maturation of latex and cup-coagula. For this, three levels of analyses were performed on maturation experiments under controlled conditions: dry rubber structure and properties, biochemistry and microbial flora. After a methodology development phase aiming at (i) optimizing maturation conditions in a controlled chamber and (ii) defining suitable DNA extraction methods, samples of serum and dry rubber coagulum were produced at different times and under different maturation treatments varying three parameters: the presence of microorganisms, the presence of oxygen, and the latex coagulation method. Dry rubber analyses concerned macrostructure (P0, P30 and PRI) and mesostructure (Mw, Mn and total gel). The microbial flora was analyzed using several complementary methods: plate-counts, total DNA determination, cloning / sequencing and 454 pyrosequencing. The objective was to assess microbial diversity on field and in latex, and to follow the dynamics of their evolution during maturation in a controlled environment. Various biochemical investigations were performed on latex, serum and dry rubber (nitrogen content, proteins, lipids, sugars, quebrachitol, organic acids). The results were then analyzed for correlations to propose mechanisms linking changes in dry rubber properties, latex and coagula biochemistry, and their evolution under the action of microorganisms and enzymes. Some ideas for improving technical routes in the process are also proposed.

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Les récepteurs nucléaires régulent l’expression des gènes importants pour le développement et l’homéostasie des cellules eucaryotes. Si certains d’entre eux sont activés par la liaison d’un ligand naturel, d’autres, comme le récepteur ERR, sont orphelins et ne possèdent pas de ligand naturel connu à ce jour. ERR se lie via son domaine DBD sur un élément de réponse ERRE au niveau des régions promotrices des gènes et son activité peut être modulée par la liaison de ligands synthétiques antagonistes. Par une approche de biologie structurale intégrative combinant biochimie, biophysique et cristallographie aux rayons-X, mon travail de thèse consistait en l’étude de l’organisation structurale d’ERR pour comprendre les mécanismes d’antagonisme induits par le ligand agoniste inverse XCT-790, et la topologie qu’il adopte en interagissant avec l’ADN. Mon projet était axé sur l’étude des domaines modulaires DBD et LBD en complexe avec ADN et ligand transposée à l’étude fonctionnelle du récepteur entier. Par un important travail biochimique, j’ai mis en place les protocoles de purification de ces protéines et caractérisé biophysiquement la stabilité et la stœchiométrie des complexes avec ADN et ligand. J’ai mis en évidence que le ligand XCT-790 se lie sur chacun des monomères de LBD avec une forte affinité et que le DBD interagit avec un ERRE sous la forme d’un monomère. De multiples essais de cristallisation ont abouti à l’obtention de cristaux pour les complexes avec le LBD et le DBD ayant diffracté respectivement jusqu’à 3,5 Å et 7 Å de résolution sans néanmoins pouvoir en déterminer les structures. L’ensemble de ces résultats permettent de conclure que le DBD est monomérique sur les ERRE et IR3 et semble être dimérique sur l’élément de réponse combiné ERRE/ERE. La topologie qu’adopte ERR sur l’ADN est dictée par la liaison de ligand et serait la conséquence d’une communication allostérique entre les domaines modulaires. Ces connaissances acquises faciliteront la détermination structurale d’ERR entier par cristallographie aux rayons-X ou par cryo-microscopie électronique. / Nuclear receptors regulate expression of important genes involved in development and homeostasis in eukaryotic cells. While some of them are regulated by the binding of a natural ligand, others, like ERR, are orphan and don’t have any natural ligand identified up to now. ERR binds to ERRE response elements through its DBD on promoter regions of genes and its activity can be modulated by the binding of synthetic antagonist ligands. By an integrative structural biology approach, my thesis work consisted in the study of the structural organization of ERR to understand the antagonism mechanisms induced by the inverse agonist XCT-790, and the adopted topology upon binding to DNA. My project focused on the study of the modular domains DBD and LBD complexes with DNA and ligand and extended to the functional study of the whole receptor. Thanks to significant biochemical work, I set up the purification protocols for these proteins and characterized by biophysics the stability and stoichiometry of the DNA and ligand complexes. This work revealed that XCT-790 binds on each LBD monomer with high affinity and that the DBD interacts to an ERRE as a monomer. Many crystallization trials led to crystals for the LBD and DBD complexes that diffracted respectively up to 3.5 Å and 7 Å of resolution but no structure could be determined. These results allow to conclude that the DBD is monomeric on the ERRE and IR3 and appears to be dimeric on the combined response element ERRE/ERE. The topology adopted by ERR on DNA is guided by the ligand binding and might be the consequence for an allosteric communication between the modular domains. These results provide the basis for a future structure determination of the full ERR by X-ray crystallography and cryo electron microscopy.

Lors de mon cursus universitaire à Orsay, j'ai eu l‘opportunité de suivre des enseignements variés, tous (ou presque ...) dispensés avec passion. Ces professeurs m'ont conforté dans mon amour de la Science, avec un intérêt tout particulier pour l'étude des systèmes complexes : la compréhension du fonctionnement de la cellule, de l'organe et de l'individu m'apparaissait alors riche de mille promesses !<br />J'ai lu avec intérêt les deux volumes du “Heller”, captivé par l'ingéniosité de nos aînés pour élucider le fonctionnement des plantes. Toutefois, déjà à l'époque, je ressentais une certaine frustration car l'analyse s'arrêtait à un niveau “descriptif”. Je rêvais de pouvoir descendre à un niveau “explicatif” (par la suite, j'ai appris qu'on disait “moléculaire”). Imaginer un instant qu'on puisse un jour visualiser la cascade d'interactions moléculaires qui va de l'application de l'acide abscissique à la chute des feuilles me comblait d'aise.<br />Comprendre cet enchaînement nécessite d'appréhender le fonctionnement de chacune des protéines impliquées, or ces fonctions sont portées par les structures tridimensionnelles des protéines. C'est là que tout devient plus compliqué ! En effet, il suffit de consulter les bases de données et d'y comparer l'abondance relative des structures primaires de protéines à celle des structures tertiaires pour mesurer la difficulté d'aborder la troisième dimension ! Même avec les progrès réalisés au tournant du millénaire, déterminer toutes les structures 3D de toutes les protéines étudiées semble hors de portée. On réalise alors le grand intérêt de construire une “Pierre de Rosette” qui fera correspondre structures primaires, structures tertiaires et fonctions. De même qu'on sait déjà traduire une séquence de nucléotides en une séquence d'acides aminés, il est primordial de percer les lois qui nous permettront de replier une séquence d'acides aminés en une structure tridimensionnelle. Nous pourrons ainsi, à moindre effort, obtenir les structures 3D in silico, en analyser le fonctionnement et les interactions. Cela est d'autant plus important en cette ère de post-génomique qui voit s'accumuler des milliers de séquences inconnues, issues des programmes de séquençage systématique.

Le peptidoglycane est un composant majeur de la paroi cellulaire bactérienne dont l'intégrité est essentielle à la survie cellulaire. La biosynthèse du peptidoglycane est un processus régulé faisant intervenir des enzymes de synthèse, les « Penicillin-Binding Proteins », et des hydrolases qui agissent, selon toute vraisemblance, de façon concertée lors de la croissance et de la division bactérienne. La comparaison des génomes bactériens a permis d'identifier un nouveau domaine protéique, probablement impliqué dans le clivage du peptidoglycane, présent uniquement chez les bactéries à Gram positif : le domaine PECACE (PEptidoglycan CArbohydrate Cleavage Enzyme). Ce domaine, prédit pour avoir un repliement tridimensionnel analogue aux domaines catalytiques de la transglycosylase lytique Slt70 d'Escherichia coli et du lysozyme de type G d'oie, pourrait participer au clivage de la liaison glycosidique β(1-4) entre les résidus acide N-acétyl-D-muramique et N-acétyl-D-glucosamine du peptidoglycane. Chez la bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae, ce domaine est présent dans la région extracellulaire d'une protéine que nous nommons Pmp23 (Pneumococcal Membrane Protein). La forme recombinante de cette protéine membranaire bitopique de 23 kDa dégrade in vitro des extraits bactériens contenant du peptidoglycane. L'inactivation du gène pmp23 chez S. pneumoniae modifie le comportement de la bactérie en culture, accroît sa sensibilité aux antibiotiques de la famille des β-lactamines et perturbe la localisation du site de division. Ces observations indiquent que Pmp23 est une hydrolase intervenant dans le métabolisme du peptidoglycane septal.

Résumé Dans ce travail, nous décrivons l’étude du comportement d’oxydo-2,3 polyènes, analogue de l’oxydo-2,3 squalène, modifiés au niveau de la double liaison D18-19 vis-à-vis de l’oxydo-2,3 squalène stérolcyclase du foie de porc. Ce travail a nécessité la synthèse de ces oxydo-2,3 polyènes, leur mise en réaction avec la stérolcyclase du foie de porc, la séparation et l’identification des produits de réaction et le cas échéant, leurs purifications afin d’en déterminer leurs structures. Nous avons pu préciser les limites d’acceptation et de tolérance de la cyclase du foie de porc vis-à-vis d’oxydo-2,3 polyènes modifiés. En effet, alors que l’enzyme est inerte vis-à-vis de l’oxydo-2,3 polyène comportant deux chaînes n-propyles sur le carbone C-19 (substrat retrouvé inchangé après réaction prolongée avec l’enzyme), son homologue possédant une entité alkylidène cyclohexane est biotransformé essentiellement en un dérivé tétracyclique de type lanostérol. Ainsi, l’incorporation du carbone C-19 dans une unité cyclique à six chaînons diminue l’encombrement stérique et restaure ainsi la capacité de la cyclase à transformer ce polyène. Nous avons en outre montré pour la première fois que la biocyclisation d’un oxydo-2,3 polyène en dérivé de type lanostérol n’est pas stéréospécifique à l’inverse des précédents travaux du laboratoire. En effet, l’oxydo-2,3 polyène de stéréochimie Z, possédant sur le carbone C-19 une entité éthyle et une entité n-propyle, est transformé en deux dérivés tétracycliques 20 S et 20 R dans un rapport 79/21. Les structures de ces deux composés ont été établies par une étude spectroscopique et par comparaison de leurs caractéristiques spectroscopiques avec celles d’échantillons authentiques. Ces derniers ont été synthétisés selon une stratégie impliquant la dégradation de la chaîne latérale du lanostérol suivie de la reconstruction des chaînes alkyles adéquates. Abstract In this work, we describe the study of the behaviour of several 2,3-oxidopolyenes analogs of 2,3-oxidosqualene modified at the 18-19 double bond with the 2,3-oxidosqualene sterolcyclase of pig liver. This work has required the synthesis of these 2,3-oxidopolyenes, their reaction with the sterolcyclase of pig liver, the separation and identification of the reaction products and if necessary their purifications to establish their structures. We could specify the limits of acceptance and tolerance of the pig liver’s cyclase towards the modified 2,3-oxidopolyenes. Indeed, whereas the 2,3-oxidopolyene bearing two n-propyl chains on the C-19 carbon is inert to the enzyme (unchanged substrate recovered after prolonged time in the presence of the enzyme), its counterpart having an alkylidene cyclohexane moiety is mainly biotransformed in a tetracyclic lanosterol-type derivative. Thus, the incorporation of the C-19 carbon in a cyclic six-membered unit, decreases the steric demand and restores the capacity of the cyclase to transform this polyene. Moreover, we also showed for the first time that the biocyclisation of a 2,3-oxidopolyene in lanosterol-type derivative is not stereospecific. Indeed, the 2,3-oxidopolyene with the Z stereochemistry bearing on the C-19 carbon an ethyl and a n-propyl moiety is transformed into two tetracyclic derivatives (20S, 20R) in a 79/21 ratio. Their structures were established by a spectroscopic study and by comparison of their spectroscopic characteristics with those of authentic samples. The latter were synthesized according to a strategy implying the lanosterol side-chain degradation followed by the rebuilding of the adequate alkyl chains.

Depuis leur radiation après le Carbonifère, il y a 325 millions d'années, les insectes ont colonisé la majorité des milieux terrestres. Ce grand pouvoir colonisateur est en partie dû à leur association avec des bactéries symbiotiques intracellulaires, nommés endosymbiotes. Ces derniers complémentent le régime alimentaire de l'insecte et lui permettent de survivre sur des milieux nutritionnellement pauvres ou déséquilibrés. Les endosymbiotes sont transmis maternellement, ce qui assure la pérennité de l'association au cours des générations. Ils sont maintenus dans des cellules spécialisées, les bactériocytes, qui forment à leur tour un organe, le bactériome. L'étude des spécificités moléculaires et cellulaires des bactériocytes est un enjeu majeur dans la compréhension des mécanismes de régulation des endosymbiotes. Toutefois, la caractérisation de ces spécificités reste peu élucidée. Afin d'approcher les spécificités moléculaire, cellulaire et immunitaire du bactériome, ainsi que la réponse immunitaire systémique du charançon dirigée contre un pathogène, nous avons construit et séquencé 7 banques d'ADNc provenant du charançon des céréales : Sitophilus oryzae (Coléoptère, Curculionide). L'analyse in silico des banques, appuyée par une étude transcriptomique, a montré que le bactériome présente une forte expression de gènes impliqués dans la survie et le développement cellulaire, et dans le trafic vésiculaire. Le bactériome présente aussi une réponse immunitaire spécifique et modulée, puisqu'à l'exception d'un peptide antimicrobien, la coléoptéricine-A, les effecteurs de l'immunité ne sont pas (ou peu) exprimés. Par ailleurs, nous avons montré que la réponse immunitaire des larves de charançon aux infections bactériennes serait modulée en présence des endosymbiotes. Le deuxième volet de cette thèse s'est focalisé sur le stade adulte du charançon, chez qui les bactéries symbiotiques sont hébergées dans des bactériomes situés à l'apex des caeca mésentériques qui tapissent l'intestin moyen de l'insecte. Cette association est éphémère chez l'adulte qui perd ses endosymbiotes 15 jours après la mue imaginale. Nous avons recherché les mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de cette élimination, ainsi que les causes écophysiologiques et évolutives sous-jacentes. Par des approches histologiques et transcriptomiques, nous avons démontré que l'élimination des symbiotes est la conséquence de l'activation simultanée de l'apoptose et de l'autophagie. Par ailleurs, nous avons montré que l'élimination du symbiote survient après la formation ultime de la cuticule par l'insecte adulte, et que cette élimination symbiotique était corrélée à une diminution des besoins nutritionnels de l'insecte, notamment en acides aminés aromatiques.

Nous avons étudié une enzyme de Bacillus subtilis, YdiB, de fonction inconnue. Le gène, spécifiquement procaryote et décrit comme essentiel chez plusieurs espèces, fait de YdiB une cible de choix pour une future recherche d'antibiotiques. <br />Nous avons construit une souche délétée de ydiB dont la croissance est fortement réduite. Une faible activité ATPase a été mesurée, néanmoins spécifique de YdiB puisque la mutation d'un résidu conservé dans son site actif abolit quasiment toute l'activité. Différentes techniques ont révélé que YdiB était capable de former des oligomères, et des résultats similaires ont été observés pour YjeE, son homologue chez E. coli. L'addition de sels favorise le déplacement de l'équilibre vers le monomère, qui est plus actif que les multimères. Les formes dimériques ont été détectées par « cross-link » in vivo. Enfin, une recherche des partenaires cellulaires de YdiB suggère un rôle de la protéine lors d'une réponse à un stress, ou une interaction avec le ribosome.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Cancérologie : Toulouse 3 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 196-238.