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SUMMARYThe diversity of cancer molecular origins associated with the genetic variability of patients has encouraged the development of chemotherapeutic treatments adapted not only to the target tumor, but also to a specific patient. This personalized strategy is based on cancer biomarkers allowing a better identification and characterization of each tumor where predictive biomarkers provide the distinction between various factors indicative of the response to the treatment. In this context, several studies highlighted the role of the solute carrier transporter family 22 (solute carriers 22 or SLC22) in the uptake of platinum anticancer drugs. This mechanism being not well understood, our work intends to establish the potential role of SLC22 member A18 (SLC22A18) as predictive biomarker in the aim to help to a better targeted chemotherapeutic strategy for each patient. We optimized a system overexpressing SLC22A18 stably or transiently in HeLa cancer cell line. SLC22A18 expression was confirmed by qRT-PCR, western blotting, microscopy and flow cytometry. The cell lines were treated with taxane, anthracyclin, vinca alkaloid and nitrosoureas anticancer drug families. We showed that doxorubicin, camptothecin, chloroquine, tetracycline and carmustin had no effect on the cell viability assays suggesting that they are not substrates of SLC22A18. Interestingly, the cell line was sensitized in the presence of antimitotic drug with a sensitivity factor of 2.7 in the presence of paclitaxel, 1.4 with docetaxel, 1.8 with vinblastin and 2.2 in the presence of vincristine. To confirm these results, we elaborated a SLC22A18 knockdown cell line in HS683 cells using siRNA technology. The downexpression of SLC22A18 was correlated to a tendency to resist to the accumulation of paclitaxel thereby confirming the previous results. Simultaneously, a knockout cell line was established using the transcription activator-like effectors nuclease (TALEN) technology in U373 cell line. Our studies constitute a robust base of knowledge for further investigation on SLC22A18 transporter as a predictive biomarker promoting antimitotic treatment in tumors where this transporter is detected. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Chez les eucaryotes, le complexe kinase TORC1 (Target Of Rapamycin Complex 1) joue un rôle central dans le contrôle de la croissance cellulaire. Il intègre de nombreux signaux et agit en modulant l’état de phosphorylation de différents effecteurs, principalement des protéines impliquées dans des processus anaboliques ou cataboliques. Parmi ces signaux, on distingue notamment les acides aminés. Ces derniers agissent sur TORC1 via l’action de protéines de la famille des GTPases Rag, elles-mêmes régulées par des facteurs GEF et GAP. Des études récentes sur des cellules mammifères ont mis en évidence l’existence de senseurs d'acides aminés, capables de moduler l'activité des facteurs GEF et GAP. Chez la levure, ces senseurs restent toutefois inconnus. Chez la levure, TORC1 contrôle la fonction de plusieurs protéines y compris des transporteurs d'acides aminés de la membrane plasmique, comme la perméase générale des acides aminés, Gap1. C’est via sa branche de signalisation Tap2-PP2A/Npr1 que TORC1 contrôle l'ubiquitylation et le trafic intracellulaire de ces transporteurs, et ceci, en modulant l’activité d’adaptateurs de type α-arrestine de l'ubiquitine-ligase Rsp5.Dans ce travail, nous avons combiné des approches de génétique et de biochimie chez la levure afin d’étudier la régulation de TORC1 et son rôle dans l'endocytose en réponse au substrat de Gap1, la perméase générale des acide aminés, et de Can1, la perméase spécifique de l'arginine.Dans la première et la deuxième partie de ce travail, je décris ma contribution à l'étude qui visait à élucider le mécanisme d'ubiquitylation de Gap1 et de Can1 induite par le transport de leurs substrats. Le modèle déduit de ce travail propose que cette régulation négative n'est pas due à l'accumulation intracellulaire des acides aminés transportés, mais à un changement conformationnel des perméases, couplé à la réaction de transport et qui fait apparaitre un état ouvert vers l'intérieur, entraînant ainsi le remodelage de la queue cytoplasmique N-terminale et en conséquence l’exposition d'un site de liaison caché pour des adaptateurs de Rsp5 de type α-arrestine. Dans le cas de Can1, l'α-arrestine principale impliquée est Art1 et doit être stimulée via TORC1. Cependant, les α-arrestines Bul1/2, impliquées dans la régulation négative de Gap1, sont capables de promouvoir son ubiquitylation induite par le transport de substrat, qu'elles aient ou non été stimulées via TORC1. Nous fournissons également des preuves que d'autres perméases d'acides aminés spécifiques (Mup1, Lyp1) sont régulées par leurs propres substrats d'une manière similaire à Can1.Dans la dernière partie de ce travail, nous avons étudié le mécanisme par lequel le transport des acides aminés chez la levure stimule l'activité de TORC1 via les GTPases Rag, Gtr1 et Gtr2. En analysant en Western Blot l’état de phosphorylation de Npr1 et Sch9, deux kinases effectrices de TORC1, nous avons révélé que le signal général qui déclenche l'activation Gtr-dépendante de TORC1 est le flux de H+ couplé au transport des acides aminés généré par des symporteurs H+/acide-aminés. Dans ce contexte, nous avons identifié la pompe à H+ de la membrane plasmique, Pma1, comme étant un régulateur essentiel de l'activité de TORC1. L'activité de transport de Pma1 étant elle-même stimulée par une augmentation des protons cytosoliques, nous suggérons que Pma1 module TORC1 par un effet de signalisation.Collectivement, nos résultats fournissent de nouvelles perspectives sur le rôle central de TORC1 dans le contrôle des transporteurs de nutriments chez la levure. / The Target of Rapamycin Complex 1 (TORC1) plays a pivotal role in controlling cell growth in probably all eukaryotic organisms. It operates by integrating upstream signals like growth factors and nutrients to modulate by phosphorylation multiple downstream effectors, mostly proteins involved in anabolic or catabolic processes. Among the various signals that impinge on TORC1, nitrogen sources, in particular amino acids are primordial input signals modulating TORC1 activity through the conserved Rag family of GTPases. Recent studies in mammals have shed the light on the existence of various sensor systems of internal amino acids that modulate the activity of the GEF and GAP factors acting on the Rag GTPases. Yet, in yeast the amino acid sensing events acting upstream of the Rag GTPase (named Gtr1 and Gtr2) regulators remain poorly known. Yeast TORC1 controls the function of many proteins including several plasma membrane amino acid transporters, e.g. Gap1, the general amino acid permease. It does so via the Tap2-PP2A/Npr1-signaling branch that controls the ubiquitylation and intracellular trafficking of these proteins through regulation of α-arrestin-type adaptors of the ubiquitin-ligase Rsp5. In this work, we combined yeast genetics and biochemical assays to study TORC1 regulation by amino acids and to illustrate the role of TORC1 in substrate-transport mediated endocytosis of Gap1 and of the arginine specific permease, Can1. In the first and second part of this work, I describe my contribution to the study that aimed at elucidating the mechanism of substrate-transport-mediated ubiquitylation and endocytosis of Gap1 and Can1. The model deduced from this work states that this down-regulation is not due to intracellular accumulation of the transported amino acids, but to substrate-transport-induced conformational transition of the transporters to an inward-facing state, resulting in remodeling of their N-terminal cytoplasmic tail and subsequent exposure of a hidden binding site for α-arrestin-like adaptors of Rsp5. In the case of Can1, the main α-arrestin involved is Art1 and needs be stimulated via TORC1. The Bul1/2 α-arrestins involved in Gap1 down-regulation, however, are able to promote its substrate-transport-elicited ubiquitylation regardless of whether they have been stimulated via TORC1 or not. We also provide evidence that other specific amino acid permeases (Mup1, Lyp1) are regulated by their own substrates in a manner similar to Can1. In the last part of this work, we investigated how amino acid uptake by yeast cells triggers Rag/Gtr-dependent activation of TORC1. By assaying the phosphorylation on western blot of two TORC1-downstream effectors, the Npr1 and Sch9 kinases, we showed that uptake by Gap1 of ß-alanine, which cannot be used as a nitrogen source, unexpectedly stimulates TORC1 activity. Further analysis of this response allowed us to show that the general signal triggering Gtr-dependent activation of TORC1 in response to amino acid uptake is the influx of H+ coupled to transport via H+/amino-acid symporters. Furthermore, we identified Pma1, the H+-ATPase establishing the H+ gradient at the plasma membrane, as a central player of this control of TORC1 activity. As the transport activity of Pma1 itself is known to be stimulated by an increase of cytosolic protons, we suggest that Pma1 modulates TORC1 via signaling. Altogether, our results provide new insights on the central role of TORC1 in control of nutrient permeases in yeast. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La vacuole de la levure joue un rôle dans le stockage de nutriments, la dégradation des macromolécules et le recyclage de métabolites. En accord avec ces fonctions, des protéines se trouvant à la membrane vacuolaire catalysent le transport de divers composés à travers la membrane. Ceci permet par exemple à la vacuole d’accumuler un grand stock d’arginine et d’autres acides aminés cationiques ainsi que de mobiliser des acides aminés durant une carence en azote. Par ailleurs, les scientifiques soupçonnent l’existence d’un transporteur de cystéine, essentiel au contrôle redox de la vacuole et à la protéolyse. Afin d’étudier plus en détail le transport d’acides aminés dans la vacuole, nous avons mis au point un protocole d’isolement de vacuoles intactes suivi de tests d’entrée d’acides aminés. Dans un premier temps, cela nous a permis de caractériser pour la première fois un transport de cystéine dans les vacuoles intactes. En combinant des analyses bioinformatiques avec un screening d’une collection de souches mutantes pour une sensibilité à la cystéine ou la cystine (un dimère de cystéine), nous avons pu proposer une liste de gènes candidats codant pour un transporteur de cystéine à la membrane vacuolaire. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé la protéine Ypq2 comme un facilitateur de haute affinité catalysant l’export d’arginine hors de la vacuole en condition de carence en azote. En outre, nous avons identifié un nouveau transporteur, Vat1, nécessaire à l’établissement du stock d’arginine vacuolaire. Nos résultats sont conciliables avec l’existence d’un couplage fonctionnel entre les voies de sortie et d’import d’arginine dans la vacuole. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Une approche de biologie structurale intégrative a été mise à profit pour l'étude de l’organisation structurale du complexe NuRD. Mon travail s'est focalisé essentiellement sur trois sous-unités du complexe: MBD3, RbAp46 et RbAp48. J'ai mis en place les protocoles de production et de purification de ces différentes sous-unités, et les ai caractérisé biophysiquement par diverses méthodes. Nous avons ensuite entrepris des études de liaisons sur des nucléosomes reconstitués au laboratoire. Pour MBD3, l'optimisation du complexe nous a permis d'obtenir des cristaux diffractant jusqu'à 7 A de résolution. Parallèlement, une reconstruction 3D préliminaire à partir de données de cryo-microscopie électronique a pu être obtenue à 25A de résolution. Pour RbAp46/48, nous avons pu montrer que ces protéines formaient un complexe stable avec le nucléosome, pavant la voie pour leur future étude structurale par cryo-microscopie électronique ou cristallographie aux rayons-X. / An integrative structural biology approach has been used to study the structural organization of the NuRD complex.My work focused especially on three subunits of this complex: MBD3, RbAp46 and RbAp48. I set up the preparation of the individual subunits and characterized them by various biophysical methods. We next carried out binding assays with homemade human nucleosomes. For MBD3, optimization of the complex led to crystals diffracting up to 7 Å. In parallel, a preliminary 3-D reconstruction at 25 Å resolution has been solved in cryo-EM. For RbAp46/48, crystal we were able to show that these proteins form stable complexes with the nucleosome, paving the way for future structural analysis by cryo-EM or X-ray crystallography.

L’imagerie par spectrométrie de masse (MSI) est une technique en pleine expansion ayant déjà été utilisée afin d’évaluer la distribution spatiale d’une grande variété de biomolécules. La plupart des applications découlent généralement du domaine médical et le modèle imagé est souvent mammalien, soit la souris ou le rat. L’optimisation de préparations d’échantillons sur ces modèles a permis d’obtenir de l’information reproductible et de grande qualité dans diverses applications biologiques. Il est cependant important de pouvoir reproduire les différentes préparations sur des échantillons diversifiés, permettant ainsi d’utiliser la technique dans plusieurs domaines de recherches différents. Les travaux de recherches présentés dans ce mémoire décrivent l’optimisation de méthodes de préparations d’échantillons afin d’imager des protéines et des lipides à travers des sections tissulaires minces d’un échantillon animal non mammalien. L’échantillon à l’étude était le Spodoptera exigua, un lépidoptère, qui sous sa forme larvaire est bien connu une chenille ravageuse de plantation. L’optimisation d’une méthode permettant la découpe en section tissulaire mince de ce type d’échantillon sera d’abord présentée. Ensuite, l’optimisation d’une méthode de déposition de matrice par sublimation/recristallisation à des fins d’imagerie de protéines sera décrite. Les résultats obtenus ont permis d’obtenir des données de qualité quant à la distribution de différentes protéines à travers des sections de chenilles. De plus, l’optimisation d’une méthode de préparation d’échantillon par sublimation de la matrice sera décrite. Ainsi, l’évaluation de la distribution spatiale de quatre différentes classes de phospholipides à travers ces sections a été possible.Enfin, il est possible de conclure que la qualité des signaux obtenus pour l’imagerie des protéines et des lipides à partir de sections tissulaires minces de chenille est équivalente à celle normalement observée sur des tissus mammaliens. / Imaging mass spectrometry (IMS) is a technique in full expansion that has been used in a large range of studies to assess the spatial distribution of a wide range of biomolecules. Most of the applications ensuing from IMS studies correlate the molecular expression and the health status of a tissue in the medical biology field, using mammalian models such as mice or rats. Optimization of different sample preparation methods for these models has permitted high quality and reproducible information in numerous biological applications. However, it is important to be able to reproduce this level of sample preparation and the quality of resultant data on a wider range of samples. This will open the technology to several scientific fields. The research work presented in this thesis proposes sample preparation methods to image the distribution of proteins and lipids across a thin tissue section of a non-mammalian model. This model is a moth, the Spodoptera exigua, one of the best-know agricultural pest insects in it’s caterpillar form. Firstly, optimization of sample handling prior to cutting thin tissue sections will be presented. Then, optimization of a matrix deposition method using sublimation/recrystallization in order to image the proteins across the sample will be described. Also, a sublimation method for the detection and imaging of lipids is described. The imaging results showed the distribution of four different classes of phospholipids across thin sections of the caterpillar. Lastly, the quality of imaging data for proteins and phospholipids across caterpillar sections can be compared directly to the expected data quality obtained from mammalian tissue sections.

Plus de 200 facteurs pré-ribosomiques sont impliqués dans la maturation des ribosomes. La majorité de ces facteurs sont essentiels à la survie cellulaire, mais la fonction précise de la plupart d’entre eux demeure inconnue. Une des dernières étapes de maturation de la petite sous-unité du ribosome est le clivage du pré-ARNr 20S en ARNr 18S mature. Ce clivage est réalisé par l'endonucléase Nob1 et nécessite également la présence de la NTPase Fap7 ainsi que d’une pléthore d’autres facteurs pré-ribosomiques. La fonction de Fap7 est particulièrement intrigante, car l'homologue humain hCINAP possède une activité adénylate kinase, activité enzymatique qui n’est généralement pas liée à la biogenèse des particules ribonucléoprotéiques. En outre, la fonction de Fap7 est intimement liée à son interaction avec la protéine ribosomique Rps14. La partie C-terminale de Rps14 est essentielle pour le clivage au niveau du site D et est située à proximité de l’extrémité 3’ de l’ARNr 18S dans le ribosome mature. La suppression de cette protéine provoque le syndrome 5q qui est phénotypiquement proche de l’anémie de Diamond-Blackfan. Ces deux protéines interviennent également au niveau d’une voie de régulation de p53 qui est dérégulée dans de nombreux cancers. La combinaison d’études structurales par cristallographie aux rayons X, d’études enzymatiques sur des protéines recombinantes ainsi que des tests de maturation in vitro réalisés sur des pré-ribosomes purifiés, nous a permis de mieux appréhender la fonction de Fap7 au sein de la sous-unité pré-40S du ribosome. Nous avons également montré que l'interaction Fap7-Rps14 est impliquée dans un changement conformationnel majeur au cœur des pré-ribosomes et que cette réorganisation est nécessaire afin d'exposer le site D pour le clivage par l’endonucléase Nob1. / Over 200 pre-ribosomal factors involved in the maturation of ribosomes. Most of these factors are essential to cell survival, but the precise function of most of these factors remains elusive. One of the last steps of maturation of the small subunit of the ribosome is the cleavage of 20S pre-rRNA in 18S rRNA in the cytoplasm. This cleavage is carried out by the endonuclease Nob1 and also requires the presence of other factors such as the methyltransferase Dim1, and a plethora of NTPases including the Rio protein kinases, Prp43 and its cofactor Pfa1, the Ltv1 GTPase and the Fap7 NTPase. The function of Fap7 is especially intriguing since the human homologue bears Adenylate activity, an enzymatic activity not usually linked to ribonucleoprotein biogenesis. In addition, the function of Fap7 is intimately linked its interaction with the Rps14 ribosomal protein. The Rps14 C-terminal is essential of D site cleavage and is located in proximity to the 18S C-terminus in the mature ribosome. The deletion of this protein causes the 5q syndrome that is phenotypically close to Diamond Blackfan anemia. The link between the enzymatic activity of Fap7 and its role in ribosome biogenesis remains enigmatic. Using a combination of structural studies by X-ray crystallography, small angle X-ray scattering (SAXS) in solution, enzymatic studies on purified proteins, and in vitro D site cleavage reaction assays on purified pre-ribosomes, we were able to uncover the function of Fap7 within pre-40S ribosomes. We show that the Fap7/Rps14 interaction is involved in a major conformational change at the heart of the pre-ribosomes and that this structural rearrangement is necessary to expose the D-site for cleavage by the endonuclease Nob1.

Le développement des technologies de recombinaison en biologie moléculaire fut un point tournant pour les sciences biologiques. Depuis cette découverte, diverses avancées extraordinaires qui ont un impact direct sur les humains ont pu être accomplies dans les domaines de recherches qui découlent de cette technologie. L’étude des enzymes produites en utilisant cette technique est le fondement de leurs applications éventuellement accessibles. À cet effet, la biocatalyse est un sous-domaine de l’enzymologie en développement continuel. Les chimistes et ingénieurs utilisent les composantes de systèmes biologiques ou même des systèmes complets afin de complémenter ou remplacer des méthodologies existantes. Cette thèse étudie la famille d’enzymes transglutaminase (TGase) comme biocatalyseur afin d’explorer et d’étendre l’ubiquité et les innovations rendues possibles grâce aux enzymes. Les TGases sont des enzymes versatiles. Leur homologue bactérien, la transglutaminase bactérienne (MTG), est couramment utilisé à l’échelle industrielle pour la transformation alimentaire. Depuis une dizaines d’années, de nombreux efforts ont été faits afin de trouver de nouvelles applications des TGases. En premier lieu, une revue des accomplissements, progrès et défis reliés au développement des TGases sera décrite. Les TGases sont intrinsèquement des catalyseurs de la formation de lien isopeptidiques entre une glutamine et une lysine. Par ce fait, elles ont été initialement testées dans cette thèse pour la synthèse de peptides. Une forme de l’enzyme TGase de mammifères fut en mesure de générer les composés dipeptidiques Gly-Xaa et D-Ala-Gly avec une faible conversion. La MTG possède plusieurs caractéristiques qui font de cette enzyme un candidat intéressant pour le développement de biotechnologies. Elle est stable, non dépendante d’un cofacteur et connait peu de compétition pour sa réaction catalytique inverse. La majeure partie de cette thèse porte exclusivement sur l’utilisation de la MTG. Nous avons développé et caractérisé une réaction chimio-enzymatique en un seul pot pour la conjugaison de peptides et protéines. La présence de glutathion en quantité suffisante permet de contourner l’incompatibilité de la MTG avec le cuivre et ouvre la porte à l’utilisation de la réaction de cycloaddition entre un alcyne et un azoture catalysée par le cuivre, afin d’effectuer le marquage fluorescent de protéines. L’utilisation d’autres méthodes de chimie « click » sans métaux fut aussi étudiée afin d’incorporer divers substrats protéiques. Le marquage de protéines avec la MTG fut investigué de manière combinatoire. Précisément, la ligation de Staudinger, la cycloaddition azoture-alcyne promue par la tension de cycle, ainsi que la ligation de tetrazine (TL) ont été testées. Différents niveaux de conversion ont été atteints, le plus prometteur étant celui obtenu avec la TL. Une étude par cristallographie a été effectuée afin d’élucider comment les substrats contenant une glutamine interagissent avec la MTG. Une méthode de purification alternative de la MTG a été développée afin d’atteindre ce but. Une discussion sur les stratégies et défis est présentée. Finalement, la conjugaison entre un système contenant la MTG comme biocatalyseur de marquage, le domaine B1 de la protéine G (GB1) comme substrat et d’un fluorophore contenant une amine comme sonde fut étudié. Comme deux des constituants de ce système sont des protéines, l’ingénierie d’enzyme peut être entreprise afin d’améliorer leurs propriétés. Une banque de 24 variantes de GB1 fut construite grâce à une approche semi-rationnelle afin d’investiguer quels facteurs sont déterminants pour la sélectivité de la MTG envers la glutamine. Chaque variante étudiée comportait une seule glutamine à une position variable afin d’évaluer l’impact des éléments de structure secondaire où se retrouve la glutamine. L’efficacité pour le marquage a pu être améliorée d’au moins un ordre de grandeur pour huit des substitutions étudiées. Comme chacune des structures secondaires fut marquée, il fut démontré que la MTG n’en préfère pas une en particulier. De plus, la réactivité de la MTG envers la variante I6Q-GB1 fut augmentée en créant des mutations dans son site actif. Ces résultats permettent de comprendre d’avantage la sélectivité de la MTG envers la glutamine, tout en démontrant le potentiel de cette enzyme à être modifiée afin d’être améliorée. / The development of recombinant molecular biology technologies was a turning point for the biological sciences, which has since evolved into dozens upon dozens of different subfields and contributed to extraordinary advances for humans. At the core of many of these advances are the enzymes produced by these techniques, with efforts to understand their form and function laying the groundwork for their application. One of these continuously advancing subfields rooted in enzymology is biocatalysis, in which chemists and engineers embrace biological components and systems to complement, or even replace, existing methodologies. This thesis seeks to further contribute to the advancement and ubiquity of enzymes to be incorporated into future innovations. To this end, transglutaminase (TGase) is the biocatalyst selected for study. TGases are versatile enzymes, with the bacterial homolog, microbial transglutaminase (MTG) being readily used in industrial processes for years, particularly for food processing. An abundance of efforts seeking to apply TGases to other processes have been made within the last decade. We commence by reviewing the accomplishments, progress, and challenges to developing TGase towards new goals. TGase naturally catalyzes the formation of isopeptide bonds utilizing a glutamine and lysine substrates, and one of its first unconventional applications we investigated was for peptide synthesis. We determined the ability and specificity of one form of TGase for various amino acid-derived substrates, observing the formation of Gly-Xaa and D-Ala-Gly dipeptide products, albeit at a low conversion. MTG exhibits several characteristics that make it an appealing candidate for biotechnological development, such as its independence from a cofactor, little competition for its reverse catalytic reaction, and increased stability relative to mammalian TGases. Therefore, the remainder of this thesis pertains exclusively to MTG. We developed and extensively characterized a one-pot chemoenzymatic peptide and protein conjugation scheme. The presence of sufficient glutathione circumvents the incompatibility of the copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition with MTG owing to the presence of copper. We ultimately utilized this chemoenzymatic conjugation scheme for fluorescent protein labeling. We continue to expand upon combinatorial methods to undertake protein labeling by investigating to what extent metal-free click chemistries can be utilized in combination with MTG. Specifically, the Staudinger ligation, strain-promoted azide-alkyne cycloaddition, and tetrazine ligation (TL) were assayed on protein substrates to reveal varying levels of effective conjugation, with the TL being the most promising of the three. The details surrounding the manner in which MTG interacts with its glutamine-containing substrate remains unclear. To address this knowledge gap, we sought to pursue crystallography studies, which required the development a modified purification strategy. We discuss the strategies we investigated and the challenges surrounding such efforts. Finally, we present a conjugation system consisting of MTG as the labeling biocatalyst, the B1 domain of Protein G (GB1) as a substrate, and a small-molecule amine belonging to a recently developed class of fluorophores as a probe. As two components of this system are proteins, enzyme engineering can be applied to further improve their properties. A semi-rational approach was used to generate a 24-member GB1 library to probe the structural determinants of MTG’s glutamine selectivity. Each variant contained a single glutamine at varying positions covering all secondary structure elements, and assayed for reactivity. Eight substitutions resulting in an increased labeling efficiency of at least an order of magnitude were distributed throughout all secondary structure elements, indicating that MTG does not favor one preferentially. In addition, introducing point mutations within MTG’s active site also resulted in increased reactivity towards variant I6Q-GB1. Our results contribute further to understanding the nature of MTG’s glutamine selectivity, while simultaneously demonstrating the potential enzyme engineering has to improve and adjust this system.

La dégénérescence valvulaire mitrale (MVD) est la cardiopathie la plus fréquente chez le chien de petit format. Certaines variables écho-Doppler et sanguines sont incontournables dans son évaluation mais nécessitent d'être interprétées selon un intervalle de référence (IR) spécifique. L'objectif de ce travail a été de déterminer des IR pour 31 variables d'utilité clinique en cardiologie vétérinaire dans une population importante de chiens sains de petit format et selon les recommandations du Clinical and Laboratory Standard Institute. Les trois études réalisées permettent de conclure que l'élaboration d'IR spécifiques dans une sous-population canine est pertinente pour certaines variables. De plus, l'effet de certains facteurs comme le poids, l'âge et le sexe doivent être pris en compte si un intérêt clinique est identifié. / Degenerative mitral valve disease is the most common heart disease in small size dogs. Several echocardiographic, Doppler and blood variables are crucial in the assessment of the disease but need to be interpreted in the light of a specific reference interval (RI). The aim of this work was to determine RI for 31 variables of clinical interest in veterinary cardiology within a large population of healthy small size dogs by using the Clinical and Laboratory Standard Institute recommendations. The three studies performed here allowed to conclude that determination of specific RI in this canine sub-population is relevant. Moreover, the effect of covariates such as body-weight, age and gender should be taken into account only if a clinical interest is identified.

Les mécanismes moléculaires impliqués dans la fusion membranaire ont été amplement étudiés au cours des trente dernières années. Notre compréhension actuelle de ce phénomène est principalement basée sur des résultats obtenus par (1) le développement de modèles physiques décrivant la fusion des membranes biologiques, (2) l’étude mécanistique et structurale des protéines de fusion membranaire des virus à enveloppe et (3) l’étude des évènements de fusion intracellulaire médiés par les protéines SNARES dans les cellules eucaryotes. La découverte du complexe SNARE fut l’aboutissement de travaux interdisciplinaires qui ont exigés un large éventail de techniques tel que la génétique de la levure, l’électrophysiologie, la biologie moléculaire, la biochimie cellulaire, la biophysique expérimentale et l’imagerie. Tirant parti des paradigmes et techniques biophysiques qui ont émergés de ces études, nous avons examiné les fonctions et mécanismes de régulation des domaines « coiled-coil » dans les processus de fusion intracellulaire impliquant des protéines de la famille des Longin-SNAREs ou des Mitofusines, deux machineries protéiques de fusion dont le mode d’action exact reste encore peu clair. La conception exacte des mécanismes moléculaires de la fusion membranaire requiert la reconstitution in vitro des protéines de fusion dans un large spectre d’environnement membranaire avec des propriétés biophysiques définies et facilement modulables. Idéalement, ces systèmes membranaires devraient permettre à l’expérimentateur de contrôler la composition lipidique et protéique, ainsi que la topologie membranaire, afin de rendre compte de l’importante variabilité observée entre les différents compartiments de fusion cellulaire. La reconstitution dans des liposomes offre une incroyable flexibilité avec la possibilité de faire varier la plupart des paramètres clefs et de créer un environnement minimal dans lequel les facteurs solubles et/ou membranaires peuvent être ajoutés, seuls ou en combinaison, pour dévoiler leur rôle avec clarté. Nous avons mis au point des systèmes in vitro de reconstitution de protéines dans des plateformes membranaires artificielles pour nos deux systèmes d’études (les deux protéines Longin-SNAREs TI-VAMP et Sec 22b, ainsi que les domaines « coiled-coil » des Mitofusines) et nous avons réalisé des expériences biochimiques pour caractériser le mode d’action de ces protéines. L’objectif à long-terme de ce projet est de comparer les mécanismes moléculaires des machineries de fusion associés aux protéines SNAREs et Mitofusines, et ainsi de dévoiler des similitudes structurelles et fonctionnelles entre (1) leur protéines de fusion principales et (2) leur facteurs régulateurs. / The molecular mechanisms involved in membrane fusion have been extensively studied for the past thirty years. Our current understanding of this phenomenon is mainly based on results obtained by (i) the development of physical models describing the fusion of membranes, (ii) structural and mechanistic investigations on fusion proteins of enveloped viruses and (iii) studies of SNARE protein-mediated intracellular fusion events of eukaryotic cells. Discovery of the SNARE complex was the outcome of interdisciplinary works which involved a wide range of techniques including yeast genetics, electrophysiology, molecular biology, cell-free biochemistry, adhesion/fusion biophysics and imaging. Taking advantage of the paradigms and biophysical techniques that emerged from these studies, we investigated the function and regulation of coiled-coil domains in intracellular fusion processes involving Longin-SNAREs or Mitofusins, two fusion protein machineries whose exact mode of action still remains unclear. A comprehensive understanding of the molecular mechanisms of membrane fusion requires the in vitro reconstitution of fusion proteins into a wide variety of membrane environments with defined and tunable biophysical properties. Ideally, these membrane systems should allow the experimentalists to control the lipid and protein composition as well as the membrane topology, to account for the variability observed across cellular fusing compartments. Reconstitution into liposomes offers amazing flexibility with the capacity to vary most of these relevant parameters, and to create a minimal environment in which membrane and/or soluble factors can be added, one at a time or in combination, to reveal their role with clarity. We have set up the in vitro reconstitution of proteins into various artificial membrane platforms for both systems (the Longin-SNAREs TI-VAMP and Sec22b and the coiled-coil domains of Mitofusins) and performed biochemical assays to gain insight into how these proteins execute their functions. The long-term goal of this project is to compare the molecular mechanisms of SNARE and Mitofusin fusion machineries and thus reveal structural and functional similitudes between (i) their core fusion proteins, and (ii) their regulatory factors.