Paralogs are present during ribosome biogenesis as well as in mature ribosomes in form of ribosomal proteins, and are commonly believed to play redundant functions within the cell. Two previously identified paralogs are the protein pair Ssf1 and Ssf2 (94% homologous). Ssf2 is believed to replace Ssf1 in case of its absence from cells, and depletion of both proteins leads to severely impaired cell growth. Results reveal that, under normal conditions, the Ssf paralogs associate with similar sets of proteins but with varying stabilities. Moreover, disruption of their pre-rRNP particles using high stringency buffers revealed that at least three proteins, possibly Dbp9, Drs1 and Nog1, are strongly associated with each Ssf protein under these conditions, and most likely represent a distinct subcomplex. In this study, depletion phenotypes obtained upon altering Nop7, Ssf1 and/or Ssf2 protein levels revealed that the Ssf paralogs cannot fully compensate for the depletion of one another because they are both, independently, required along parallel pathways that are dependent on the levels of availability of specific ribosome biogenesis proteins. Finally, this work provides evidence that, in yeast, Nop7 is genetically linked with both Ssf proteins. / Les paralogues sont présents lors de la biogenèse des ribosomes ainsi que dans les ribosomes matures sous forme de protéines ribosomiques, et sont généralement censées jouer des fonctions redondantes dans la cellule. Deux paralogues précédemment identifiées sont la paire de protéines Ssf1 et Ssf2 (94 % d'homologie). Ssf2 remplacerait Ssf1 en cas d’absence du dernier dans la cellule, et l’absence des deux protéines diminue la croissance cellulaire. Nos résultats révèlent que, dans des conditions normales, les paralogues Ssf s’associent à des ensembles de protéines similaires, mais avec différentes stabilités. De plus, la perturbation de leurs particules pré-rRNP à l’aide de tampons de haute stringence a révélé qu'au moins trois protéines, probablement Dbp9, Drs1 et Nog1, sont fortement associées à chaque protéine Ssf dans ces conditions, et très probablement représentent des sous-complexes distincts. Dans cette étude, les phénotypes cellulaires observés lors de la déplétion des protéines Nop7, Ssf1 et/ou Ssf2 ont révélé que les paralogues Ssf ne peuvent pas compenser entièrement pour la diminution de l'autre, car ils sont, indépendamment l’un de l’autre, nécessaires le long de voies de biogénèse ribosomale parallèles qui dépendent des niveaux de protéines impliqués dans la biogénèse des ribosomes disponibles. Enfin, ce travail fournit des preuves que, dans la levure, Nop7 est génétiquement lié aux deux protéines Ssf.

Les chimiokines sont des petites protéines secrétées dont la fonction principale est la stimulation de la migration de cellules immunitaires vers différents organes et tissus. Elles sont souvent impliquées lors des maladies inflammatoires, auto-immunes et des cancers. Ainsi, les chimiokines et leurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont la cible pharmacologique de plusieurs molécules, actuellement testées en essais cliniques. Nous avons pris comme modèle, lors de notre étude, le récepteur atypique CXCR7. Ce récepteur est dit atypique, car il ne signalise pas via la voie classique des protéines G, mais plutôt via la voie de la β-arrestine. CXCR7 est impliqué dans de nombreux cancers, favorise la progression métastatique et est un co-récepteur pour le virus de l’immunodéficience humaine (VIH). Cependant, aucune donnée sur son mode de liaison avec ses ligands CXCL11/ITAC et CXCL12/SDF-1 n’existe à date. Nous pensons que cette information est essentielle pour le développement efficace d’agonistes et d’antagonistes, et nous nous sommes intéressés à identifier les résidus essentiels à la liaison des deux ligands de CXCR7 et à son activation par ces derniers. Pour cela, nous avons créé une série de mutants par substitution ou délétion d’acides aminés de la partie N-terminale, des boucles extracellulaires et des domaines transmembranaires du récepteur. Nous avons testé leur marquage en surface cellulaire par cytométrie en flux, leur liaison des deux ligands par expériences de radio-liaison, et leur capacité à recruter la β-arrestine en réponse aux ligands par essais BRET. Les résultats obtenus ont permis d’identifier des résidus importants à l’interaction des systèmes CXCR7/SDF-1 et CXCR7-ITAC et suggèrent des modes de liaison à CXCR7 différents entre ITAC et SDF-1. Tout comme la liaison d’ITAC à son autre récepteur CXCR3, sa liaison à CXCR7 suivrait le mode conventionnel de liaison en deux étapes des récepteurs de chimiokines. Cependant, la liaison de SDF-1 à CXCR7 suivrait un autre mode de liaison, contrairement à sa liaison à son autre récepteur, CXCR4. / Chemokines are small secreted proteins whose major function is to stimulate the migration of immune cells to different organs and tissues. They are often involved in inflammatory and auto-immune diseases as well as cancers. Thus, chemokines and their G proteins Coupled Receptors (GPCR) are the pharmacological target of multiples molecules, currently tested in clinical trials. The model of our study is the atypical receptor CXCR7. This receptor is called atypical because it doesn’t signalize through the classical G protein pathway but rather signalizes through the β-arrestin pathway. CXCR7 is involved in many cancers, promotes metastatic progression and is a co-receptor for human immunodeficiency virus (HIV). However, there are, to date, no data concerning its binding mode to its ligands CXCL11/ITAC and CXCL12/SDF-1. We think that this information is crucial for the efficient development of agonists and antagonists and thus decided to identify the residus that are important for the binding of the two ligands of CXCR7 to the receptor and its subsequent activation. For that, we created a set of mutants by substitution or deletion of amino acids of the N-terminus, extracellular loops and transmembrane domains of the receptor. We then tested their surface expression by antibody staining and flow cytometry, their binding of the two ligands by binding assays and their capability to recruit β-arrestin in response to the ligands by BRET assays. The results obtained allowed us to identify important residues for the interaction of the systems CXCR7/SDF-1 and CXCR7/ITAC. They also suggest different binding modes of the chemokines ITAC and SDF-1 to CXCR7. Just like the binding of ITAC to its other receptor CXCR3, the binding mode of ITAC to CXCR7 follows the conventional two steps binding model of chemokine receptors. However, the binding of SDF-1 to CXCR7 follows another binding mode than the classical two step model, unlike its binding to its other receptor CXCR4.

Les impacts environnementaux dues à l'extraction minière sont considérables. C'est l'action des microorganismes, en utilisant leur métabolisme du soufre sur les déchets miniers, qui engendre les plus grands défis. Jusqu'à présent, peu de recherches ont été effectués sur les microorganismes environnementaux pour la compréhension globale de l'action du métabolisme du soufre dans une optique de prévention et de rémédiation des impacts environnementaux de l'extraction minière. Dans cette étude, nous avons étudié une bactérie environnementale, Acidithiobacillus thiooxidans, dans le but de comprendre le métabolisme du soufre selon le milieu de culture et le niveau d'acidité du milieu. Nous avons utilisé la transcriptomique à haut débit, RNA-seq, en association avec des techniques de biogéochimie et de microscopie à électrons pour déterminer l'expression des gènes codants les enzymes du métabolisme du soufre. Nous avons trouvé que l'expression des gènes des enzymes du métabolisme du soufre chez ce microorganisme sont dépendantes du milieu, de la phase de croissance et du niveau d'acidité présent dans le milieu. De plus, les analyses biogéochimiques montrent la présence de composés de soufre réduits et d'acide sulfurique dans le milieu. Finalement, une analyse par microscopie électronique révèle que la bactérie emmagasine des réserves de soufre dans son cytoplasme. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de son métabolisme et nous rapprochent de la possibilité de développer une technique de prédiction des réactions ayant le potentiel de causer des impacts environnementaux dus à l'extraction minière. / The environmental impact of mining extraction is important. The action of microorganisms using their sulfur metabolism to metabolise compounds in mining waste contributes to reactions that may impact water quality and the environment. Few studies have been conducted on environmental microorganisms to advance the global comprehension of their sulfur metabolism in an attempt to study their impact on the environment. In this study, we cultivate an environmental bacterium, Acidithiobacillus thiooxidans, in an attempt to understand its sulfur metabolism in different growth media and at different levels of acidity. We used high-throughput RNA sequencing in association with sulfur biogeochemistry and electron microscopy to determine the expression of the genes encoding sulfur metabolism enzymes. The expression of genes encoding sulfur metabolism enzymes was media and pH-dependent. Also, the biogeochemical analysis showed the presence of reduced sulfur intermediates and of sulfuric acid in the medium. Finally, an electron microscopic analysis revealed that the bacteria stock sulfur in the cytoplasm. These results resulted in a better comprehension of its sulfur metabolism and it opens the possibility to predict reactions in mining operations that have impact on the environment.

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. / Résumé

Les trois projets que j’ai développés au cours de ma thèse s’inscrivent dans un même contexte, celui de l’étude de l’acétylcholinestérase (AChE) et des molécules apparentées à l’AChE au plan structural ou fonctionnel. Existence, identification et caractérisation du fonctionnement d’une « porte arrière » dans l’AChE. Caractérisation de la « protéine X », un récepteur non AChE de la fasciculine. Recherche d’un partenaire protéique endogène de l’AChE dans le cerveau de rat. / The three projects I developed during my thesis are related to the study of acetylcholinesterase (AChE) and of molecules related to AChE in their function or structure. Existence, identification and characterization of the functioning of a back door in AChE. Characterization of “protein X”, a non-AChE receptor for fasciculin. Search for an endogenous proteic partner of AChE in rat brain.

Les objectifs de ce travail sont d'identifier les mécanismes biologiques impliqués dans le déterminisme de la variabilité de la fonte lipidique à la cuisson du foie gras de canard, et de définir des marqueurs de la fonte. Pour répondre à ces objectifs, nous avons choisi de conduire une caractérisation du tissu hépatique, selon son comportement ultérieur à la cuisson, basée sur une approche intégrée combinant de la biochimie, de la protéomique et de l'histologie. D'une part, l'expression différentielle des protéines hépatiques à l'abattage des animaux et au cours de la réfrigération, semble indiquer que le niveau de fonte pourrait être relié à des stades de développement de stéatose différents. Les animaux du groupe ‘Fonte faible' se distinguent de ceux du groupe ‘Fonte élevée' par un ‘profil d'accrétion' avec la surexpression de protéines du métabolisme énergétique par exemple, indiquant des mécanismes de synthèse et d'accumulation de lipides. A l'inverse, les animaux du groupe ‘Fonte élevée' présentent la surexpression de protéines de réponse au stress, ce qui pourrait indiquer un stade de stéatose plus avancé. Au cours de la réfrigération, la diminution globale de l'expression des protéines semble plus marquée dans le groupe ‘Fonte faible'. Dans le groupe ‘Fonte élevée', la surexpression de protéines du cytosquelette après réfrigération suggère un niveau de protéolyse plus important. D'autre part, les observations histologiques montrent des modifications de la morphologie des gouttelettes lipidiques dans le foie gras cru et au cours de la cuisson. Il semble que la fonte soit d'autant plus importante quand des fusions de gouttelettes lipidiques surviennent dans le produit cru. De plus, lors de la cuisson, les observations sur foies gras du groupe ‘Fonte élevée' révèlent une densification de la matrice non lipidique plus importante. Ces changements morphologiques et structuraux pourraient correspondre à un tissu plus fragile et donc plus sensible à la fonte lipidique. L'ensemble des résultats acquis dans ce projet permet de formuler une hypothèse sur le déterminisme biologique de la fonte lipidique même si certains mécanismes identifiés restent à confirmer. De plus, la relation entre l'aptitude à la stéatose et la qualité technologique du foie gras est une piste à explorer afin de mieux comprendre la variabilité de la fonte lipidique à la cuisson observée lors de la cuisson du foie gras de canard. / This work aims to identify the biological mechanisms involved in the determinism of variability of fat loss during cooking of duck ‘foie gras'. To achieve this objective, we carried out a characterization of liver tissue, according to its later behaviour during cooking, and based on an integrated approach combining biochemistry, proteomic and histology. On the one hand, the differential expressions of proteins early post mortem and during chilling indicate a different state of steatosis between the low and high fat loss groups. Livers with low fat loss during cooking were still in anabolic processes with regards to energy metabolism and protein synthesis, whereas livers with high fat loss during cooking developed cell protection mechanisms. The overall expression of proteins in the low ionic strength fraction was lower after chilling which revealed a down regulating effect of chilling on biological processes. In the high ionic strength fraction, the results showed an over expression after chilling of proteins from cytoskeleton and their associated proteins. This suggests that the variability of technological yield observed in processing plants could be explained by different state of ageing of fatty livers during chilling, most likely associated to different proteolytic pattern. On the other hand, the histological observations showed that, in raw livers, the lipid droplets were nearly spherical while after cooking, they were larger and lost their spherical shape. We also observed a decrease in the number of droplets after cooking, probably due to droplet fusion caused by the heat treatment. Fat loss during cooking was higher when there was more fusion of lipid droplets before cooking. Furthermore, it seemed that the effect of cooking on liver tissue was different between the two fat loss groups. These morphological modifications could mark a fragility of the tissue associated with a higher fat loss during cooking. All the results acquired in this work allowed us to draw a hypothesis on the biological determinism of cooking losses eventhough some of the identified mechanisms still need to be confirmed. The relationship between the potential to develop steatosis and the technological quality of ‘foie gras' deserves further studies in order to better understand the variability in fat loss during cooking observed in processing plants.

Depuis les révolutions industrielles des années 1700 et 1800, et pendant l'industrialisation des siècles les suivant, une accumulation de composés polluants a eu lieu dans l'atmosphère, principalement due à la combustion de matières fossiles comme le charbon et le pétrole. Outre les polluants directement émis comme les oxydes de souffre et d'azote, des polluants secondaires comme l'ozone se sont accumulés. Aujourd'hui, l'ozone est le troisième gaz responsable du réchauffement climatique, mais est également dangereux pour la santé humaine et responsable de dommages sur la végétation. Depuis les années cinquante, les effets de l'ozone sur les plantes et les réponses de ces dernières ont été étudiés de façon ciblée. Aujourd'hui, avec l'apparition de techniques permettant l'étude globale du transcriptome ou du protéome, il est possible d'aborder le problème d'une façon non biaisée, permettant des études plus complètes du stress. Dans le cadre de ce travail, une étude protéomique des effets de l'ozone sur les processus foliaires du peuplier a été proposée. Cette technique, complétée par des approches biochimiques, physiologiques, et des observations morphologiques, a permis de confirmer certains résultats d'études ciblées, mais également d'émettre des nouvelles hypothèses sur les mécanismes d'action de l'ozone sur le métabolisme du peuplier. En parallèle, l'étude du stress a aussi permis d'éclaircir les changements du métabolisme lors de la croissance de feuilles en conditions de stress et en conditions normales. Dans les pages de ce document, les procédures, résultats et conclusions de ce travail seront présentés en détail / After the industrial revolution of the 1700s and 1800s, and the subsequent industrialization, many pollutants have accumulated in the atmosphere, mainly due to the use of coal and fossil fuels. Besides the primary pollutants such as nitrogen oxides and sulfur oxides, secondary oxides such as ozone started to accumulate. Nowadays, ozone is the third gas involved in global climate change, but is also a major health risk for humans, and induces considerable damage to vegetation. Starting in the 50s, ozone research was based on targeted studies. Nowadays, with the advent of global techniques such as transcriptomics and proteomics, new results can be produced in an unbiased way. In the thesis presented here, a proteomic study of the effects of ozone on poplar leaf processes was carried out. With the help of this technique, complemented with biochemical and physiological approaches and with morphological observations, it was possible to confirm previous results, but also to elaborate new hypotheses concerning the effects of ozone on poplar leaf metabolism. In parallel, studying the stress also allowed to clarify some of the changes that occur in metabolism during leaf development, under stress conditions and under control conditions. In this document, the procedures, results and conclusions obtained during this study are presented in detail

Les molybdoenzymes (MoEs) à bisPGD sont des métalloprotéines dont le site actif est constitué d'un cofacteur à molybdène (Mo) mononucléaire. Elles sont impliquées dans les cycles biogéochimiques de l'azote, du carbone et du soufre et catalysent essentiellement des réactions d'oxydoréduction à 2 e-/2 H+ envers une grande variété de substrats. En dépit de la connaissance de la structure cristallographique de nombreuses MoEs, leur fonctionnement reste encore largement incompris. Ces enzymes présentent un intérêt biotechnologique car certains de leurs substrats sont des composés toxiques notoires, tels que les oxydes de sélénium ou d'arsenic. L'objectif de ma thèse a été d'identifier quels facteurs structuraux gouvernent la réactivité d'une MoE à bisPGD, la nitrate réductase A d'E. coli. Le premier axe de mes travaux de thèse a consisté à étudier l'activité de l'enzyme envers différents substrats et examiner le rôle du ligand protéique du Mo dans sa réactivité, en combinant des approches de mutagenèse dirigée, de biochimie et de spectroscopie RPE. J'ai montré que le ligand protéique du Mo est impliqué dans une étape clé du cycle catalytique. Le second axe a consisté à identifier les relations existantes entre la structure atomique du site actif et ses signatures spectrales. Pour augmenter la résolution et permettre d'identifier les transitions structurales mises en jeu lors de l'interconversion entre les différentes formes spectrales, j'ai utilisé la spectroscopie RPE impulsionnelle, qui permet de détecter les noyaux magnétiques (1H et 14N, …). Mes résultats constituent un pré-requis nécessaire pour l'étude structurale à haute résolution du site actif de la nitrate réductase. / Molybdenum (Mo) is a rare transition metal that is indispensable to most living organisms. In particular, it makes part of the active site of metalloenzymes involved in the biogeochemical cycles of carbon, nitrogen and sulphur. In this context, prokaryotic molybdoenzymes (MoEs) with the bisPGD cofactor at their active site essentially catalyze oxidoreduction reactions with 2 e-/2 H+ towards a wide range of substrates. Given that some MoEs can activate substrates that are well-known pollutants, understanding the mechanism of these enzymes accounts for a major prerequisite for future enzymatic engineering strategies aimed at optimizing enzyme reactivity towards bioremediation processes. To identify the molecular determinants of the reactivity of MoEs, we have explored the importance of the Mo proteic ligand aspartate in the respiratory Nitrate Reductase from E. coli. We have combined biochemistry and EPR spectroscopy to analyze the impact of the Mo-ligand substitution on both the enzymatic and the structural properties of the molybdenum cofactor. Our results show that the nature of the proteic ligand plays a critical role in the reactivity of the active site. A second part of my thesis work consisted in establishing the link between spectroscopic data on the MoV centre and its atomic structure. To get a high level of resolution and to identify which kind of structural modification is responsible for the spectroscopic differences between every Mo(V) signature, pulsed EPR spectroscop is most promising. Our results constitute a pre-requisite for structural studies of every species of the MoV center of the NRA.

Le cancer de la prostate représente la deuxième cause de décès liée au cancer. Des stratégies thérapeutiques ciblant des mécanismes moléculaires conduisant à la résistance doivent donc être développées. Une stratégie visant à améliorer les traitements du cancer de la prostate consiste à cibler les gènes qui sont activés lors de la disparition des androgènes, soit pour retarder ou empêcher l'émergence du phénotype de résistance à la castration. Le but de cette thèse est d'identifier et de développer des petites molécules inhibitrices ciblant des interactions protéine-protéine impliquées dans le cancer de la prostate. Cette thèse porte sur l'étude de deux protéines cruciales liées au cancer de la prostate, à savoir, la protéine de choc thermique de bas poids moléculaire (Hsp27) et la protéine TCTP. Nous avons validé deux composés ciblant TCTP en utilisant une chimiothèque dédiée à l'inhibition d'interaction protéine-protéine. Des tests fonctionnels sont actuellement mis au point pour évaluer la capacité de ces molécules à être proposées comme composés potentiels contre le cancer de la prostate. / Prostate Cancer (PCa) is one of most common malignancies, being the second leading cause among cancer-related death. Additional therapeutic strategies targeting molecular mechanisms mediating resistance must be developed because of the defects of docetaxel-based treatments. One strategy to improve therapies in advanced PCa involves targeting genes that are activated by androgen withdrawal, either to delay or prevent the emergence of the CR phenotype. The purpose of my thesis is to identify & develop small molecules inhibitors targeting PPIs involved in prostate cancer. we focuses on 2 crucial prostate cancer related proteins, namely, the small molecular weight Heat shock protein 27 (Hsp27) and the Translationally Controlled Tumor Protein (TCTP). We have validated 2 compounds targeting TCTP by using a "PPI Inhibitor-like" dedicated chemical library. Functional tests are now being developed to evaluate the capacity of such molecules to be proposed as potential compounds against prostate cancer.

Les ARN non-codants exercent des rôles essentiels au sein de nombreux processus biologiques, allant de la régulation de l’expression génique à l’activité enzymatique. Afin de remplir leurs fonctions cellulaires, ces ARN doivent adopter des structures tridimensionnelles spécifiques, et mieux comprendre ces structures et leur dynamique est crucial pour élucider leur mécanisme d’action et créer des ARN possédant de nouvelles fonctions. Afin de mieux comprendre la structure, la dynamique et l’ingénierie des ARN, notre laboratoire étudie le ribozyme VS de Neurospora, un petit ARN (~160 nucléotides) possédant une activité catalytique. Le ribozyme VS a été découvert il y a une trentaine d’années chez certains isolats naturels du champignon microscopique Neurospora. Ce ribozyme a fait l’objet d’études approfondies et est considéré comme étant un système modèle idéal pour étudier la structure et la fonction de l’ARN in vitro, en raison de sa taille relativement petite, de sa structure tridimensionnelle complexe et de son activité enzymatique facilement détectable. Comme plusieurs autres ribozymes de sa famille, le ribozyme VS catalyse des réactions de clivage et de ligation d’une liaison phosphodiester spécifique. Toutefois, il a la capacité unique de reconnaître et de cliver un substrat isolé, replié sous forme de tige-boucle, par l’entremise d’une interaction boucle-boucle extrêmement stable, une caractéristique intéressante d’un point de vue de l’ingénierie de l’ARN. Des structures cristallines récentes ont fourni de l’information importante à propos de l’état fermé du ribozyme, qui comprend un site actif pré-catalytique. Toutefois, des études récentes ont plutôt démontré que le ribozyme VS adopte un état ouvert en solution et il n’existe que très peu d’information structurale sur cet état et sur les mécanismes de transition menant à la forme fermée. Afin de caractériser la structure du ribozyme en solution, une stratégie modulaire de divide-and-conquer a été entreprise et des structures RMN à haute résolution de chacun des sous-domaines structuraux clés ont été déterminées. Cette thèse vise à caractériser la structure du ribozyme VS complet en solution et à explorer sa capacité à cliver une molécule d’intérêt différente de son substrat naturel. Dans un premier temps, une étude d’ingénierie a été entreprise afin de créer des variants du ribozyme VS capables de reconnaître une tige-boucle d’ARN dérivée de l’Élément de Réponse de Transactivation du virus d’immunodéficience humaine (VIH). Ainsi, des variants hautement actifs du ribozyme ont été identifiés par sélection in vitro et une étude complémentaire de dynamique moléculaire a démontré que l’interaction boucle-boucle agit à titre de charnière dynamique et facilite la formation de l’état fermé du ribozyme. L’approche structurale de divide-and-conquer a ensuite été complétée en combinant des études de RMN et de diffusion des rayons-X aux petits angles (SAXS). Ainsi, des structures à haute résolution du domaine catalytique minimal et d’un complexe formé entre un ribozyme VS plus étendu et un substrat non-clivable ont alors été obtenus. En comparant ces structures aux structures cristallines, nous avons découvert un réarrangement structural important associé à la formation du site actif. Dans l’ensemble, ces travaux offrent une meilleure compréhension de l’architecture globale du ribozyme VS et de son mécanisme d’action qui comprend un échange dynamique de multiples états conformationnels. Plus généralement, les leçons apprises ici permettront de mieux guider les expériences d’ingénierie du ribozyme VS et d’autres ARN fonctionnels. / Non-coding RNAs play essential roles in many biological processes, ranging from the regulation of gene expression to enzymatic activity. To perform their cellular functions, RNAs must adopt specific three-dimensional structures, and understanding how these structures fold is crucial to elucidate their mechanism of action. However, our fundamental understanding of the structure and dynamics of RNA at atomic resolution remains rather limited. To better understand the structure, dynamics and engineering of RNA, our laboratory is investigating the Neurospora VS ribozyme, a small RNA (~160 nucleotides) with catalytic activity. The VS ribozyme was originally found 30 years ago in natural isolates of Neurospora fungi. It has been thoroughly investigated as an ideal model system to study the structure and function of RNA in vitro, due to its small size, its complex three-dimensional structure and easily detectable activity. Like other small nucleolytic ribozymes, the VS ribozyme catalyzes the cleavage and ligation reactions of a specific phosphodiester bond. However, it has the unique ability to recognize and cleave an isolated hairpin substrate through the formation of a highly stable kissing-loop interaction, which is of great interest for RNA engineering purposes. Recent crystal structures have provided useful information on the closed state of the ribozyme, in which the active site is formed. However, the VS ribozyme is also known to adopt an open state in solution and there is still very little structural information regarding this state and how it is converted into the active closed state. In order to characterize the solution structure of the ribozyme and its dynamics, an NMR-based divide-and-conquer approach was previously undertaken in which high-resolution structures of each of the key structural subdomains were determined. The work presented in this thesis aims to characterize the structure of the complete VS ribozyme in solution and to explore its ability to cleave an RNA hairpin of interest, different from its natural substrate. First, an engineering study was undertaken to create VS ribozyme variants capable of recognizing an RNA stem-loop derived from the HIV-1 Trans-Activation Response Element RNA. Using in vitro selection, highly active ribozyme variants were identified, and their sequence analysis suggests that the improved activity observed in some variants depends on increased conformational sampling of the kissing-loop interaction. Complementary molecular dynamics studies indicate that the kissing-loop interaction acts as a dynamic hinge to facilitate the formation of the closed state of the ribozyme. Next, the divide-and-conquer approach for structural investigation of the VS ribozyme was completed by combining NMR and small-angle X-ray scattering (SAXS) data. High-resolution structures were determined for both a minimal catalytic domain and a complex between a more extended trans ribozyme and a non-cleavable substrate. By comparing these solution structures to the previously reported crystal structures, we uncovered an important structural rearrangement associated with the formation of the active site. Overall, this work provides a better understanding of the global architecture of the VS ribozyme and how it fulfills its function by dynamic exchange of many conformational states. More generally, the structural and dynamic knowledge generated from this work will help to guide future engineering studies of the VS ribozyme and other functional RNAs.