NOD1 est une protéine de surveillance intracellulaire jouant un rôle crucial dans la défense immunitaire innée. Suite à la reconnaissance d'un ligand bactérien spécifique, NOD1 recrute RICK au moyen d'une interaction CARD-CARD. RICK module ensuite l'activation du facteur de transcription NF-kB et initie une cascade de signalisation pro-inflammatoire. Le but de cette thèse était de déterminer la base structurale de ce processus. Le domaine CARD de NOD1 a été cloné, exprimé et purifié à la station EMBL de Grenoble. La structure de ce domaine a été résolue par résonance magnétique nucléaire à l'IBS de Grenoble. Cette structure est généralement similaire à celle des autres domaines CARD connus, étant constituée d'un paquet compact de 6 hélices a. Cependant elle présente des caractéristiques inhabituelles concernant la conformation de certaines boucles inter-hélices ainsi que la longueur et l'orientation de la sixième hélice. Des mutations dans les domaines CARDs des protéines NOD1 et RICK entières ont été réalisées pour identifier les résidus importants pour l'interaction ou la signalisation. Des expériences de co-immunoprécipitations et d'activation de NF-kB ont été effectuées à l'Université du Michigan. Trois résidus d'un patch acide de NOD1 (E53, D54 et E56) et trois résidus d'un patch basique de RICK (R444, R483 et R488) sont indispensables à l'interaction. Celle-ci serait donc de nature électrostatique. Deux autres résidus du patch acide du CARD de NOD1, L44 et I57, ont été identifiés comme importants pour la signalisation. Ces résidus peuvent potentiellement contribuer à la formation d'une interaction CARD-CARD fonctionnelle, ou bien également interagir avec d'autres régions de RICK.

La protéine humaine EED appartient à la famille des «Polycomb». Elle intervient dans la régulation génique. Elle jouerait aussi un rôle dans le cycle du virus de l'immunodéficience humaine (VIH-1) en participant au transport du complexe de préintégration et en facilitant la réaction d'intégration. EED a été surproduite afin d'être cristallisée seule et en complexe avec les protéines virales IN, MA et Nef. Un modèle de EED a été construit par homologie structurale. D'après nos expériences de « phage display », les régions susceptibles d'interagir avec les partenaires viraux se situent sur des boucles de ce modèle.<br />La bactérie psychrophile P. haloplanktis produit la cellulase Cel5G. Les structures de cette cellulase seule et en complexe avec le cellobiose, ont été déterminées à haute résolution par remplacement moléculaire. La cellulase Cel5A de la bactérie mésophile E. chrysanthemi a été utilisée comme modèle. Nos résultats permettent de mieux comprendre les déterminants structuraux responsables de l'adaptation des enzymes aux basses températures.

L'électrotransfert est une technique de transfert de gène in vivo, permettant une expression<br />élevée du transgène dans un grand nombre de tissus. Dans ce contexte, nous avons utilisé l'imagerie<br />optique pour optimiser différents protocoles d'électrotransfert dans le muscle et la peau.<br />Nous avons développé un système de régulation de l'expression des gènes combinant le système<br />de régulation répressible à la tétracycline Tet-Off et une stratégie antisens. Nous avons examiné<br />le potentiel de l'électrotransfert d'ADN plasmidique pour l'obtention d'anticorps neutralisants à<br />haut titre contre les toxines botuliques A, B et E. Les animaux immunisés avec des plasmides<br />codant les fragments immunogènes des toxines expriment de façon endogène ces fragments de<br />toxines, qui servent d'antigènes et déclenchent une réponse immune. Nous avons finalement étudié<br />l'état de méthylation de l'ADN plasmidique après injection et électrotransfert dans le muscle<br />squelettique et sa possible intégration dans le génome.

Le mutant immutans d'Arabidopsis présente un phénotype panaché et accumule du phytoène, précurseur des caroténoïdes.<br />Le gène IMMUTANS code une protéine plastidiale, homologue à l'oxydase alterne mitochondriale, et loacalisée dans les lamelles stromatiques du thylacoïde et dans les membranes achlorophylliques des chromoplastes. Son expression chez E. coli permet l'établissement d'un transport d'électrons résisatn au KCN et inhibé par le n-PG.<br />Cette protéine apparait être une oxydase terminale plastidiale (PTOX), dont l'activité dépend de la présence de PQ et de fer.<br />PTOX semblerait églaement être l'oxydase terminale de la chlororespiration; exprimée chez le tabac, elle accélère la ré-oxydation non photochimique des PQ, et entraine un flux d'électrons vers l'O2, évitant ainsi la sur-réduction des PQ. La forte expression de PTOX chez le plante d'altitude Ranunculus glacialis pourrait indiquer un role particulièrement actif de PTOX dans les mécanismes de résistance à la photoinhibition.

PA1b (Pea Albumin 1 sous-unité b), une knottine toxique de 37 acides aminés, présente un grand intérêt dans la lutte contre les charançons des céréales (Sitophilus spp.), principaux ravageurs des céréales stockées.<br />Afin de mieux connaître la nouvelle famille peptidique de PA1b, sa variabilité tant structurale que d'activité biologique a été étudiée au sein des Légumineuses. Après avoir validé notre approche sur 4 espèces végétales "test", nous avons caractérisé 24 gènes homologues chez 18 espèces de Papilionoideae. De plus, l'activité insecticide d'extraits de graines de 60 espèces des trois sous-familles de Légumineuses a été déterminée sur charançons de souche sensible et résistante à PA1b. Afin de relier variations de structure et d'activité, une approche par mutagenèse dirigée a été envisagée. Un système d'expression bactérienne et de purification de PA1b a été mis au point. Bien que de masse conforme (cystéines oxydées), le peptide recombinant ne présente pas d'activité biologique.

La cellule est un milieu très concentré où les interactions entre macromolécules, même faibles, jouent un grand rôle dans leur solubilité et dans l'assemblage des complexes labiles assurant les fonctions biologiques. Les interactions faibles entre protéines déterminant la non-idéalité de leurs solutions vont aussi gouverner leur cristallisation.<br />Dans quelle mesure les interactions protéine – solvant influencent-elles les interactions protéine – protéine ? Nous avons mis en relation ces deux types d'interactions pour la malate déshydrogénase (Hm MalDH) de Haloarcula marismortui, protéine halophile très acide qui a des solvatations variées et très riches en eau et en sel.<br />Nous avons développé une nouvelle méthode de détermination du second coefficient du viriel A2 par la modélisation des profils de vitesse de sédimentation en ultracentrifugation analytique, qui permet l'étude de solvants complexes.<br />Les interactions protéine – protéine de la Hm MalDH en divers sels ont été caractérisées par diffusion de neutrons ou de rayons X aux petits angles. Les A2 et les facteurs de structure en solution ont été modélisés par des potentiels d'interaction de type DLVO. Les interactions répulsives sont principalement dues au terme de volume exclu et dans une moindre mesure au terme électrostatique. Les interactions attractives sont qualitativement corrélées à des valeurs positives ou négatives des paramètres d'interaction préférentielle avec le sel. Ces résultats permettent d'expliquer l'adaptation moléculaire des protéines halophiles qui doivent ainsi avoir une solvatation riche en sel pour rester soluble à haut sel.<br />La cristallisation par dilution de la Hm MalDH dans des mélanges sel – MPD (méthyl-2-pentanediol-2,4) résulte d'une lente évolution des interactions protéine – protéine, de répulsives à modérément attractives. Le MPD modifie les interactions protéine – protéine en divers sels en ajoutant une attraction qui est liée à la répulsion du MPD par les charges de la protéine.

La terminaison de la traduction intervient lorsqu'un ribosome rencontre un codon stop. Ce dernier est alors reconnu par le facteur eRF1p qui, en interaction avec eRF3p, provoque l'arrêt de la synthèse protéique. L'efficacité de terminaison de la traduction est déterminée par le contexte nucléotidique du codon stop. Ainsi, le contexte peut reprogrammer le codon stop en permettant aux ribosomes d'incorporer un ARNt avec une forte efficacité, on parle alors de translecture. J'ai démontré que chez S. cerevisiae les six nucléotides en 3' du codon stop sont déterminants dans l'efficacité de translecture, et que le motif général -CA(A/G)N(T/C/G)A- permet d'obtenir les plus fortes efficacités de passage des codons stop. Mon travail met en évidence que la translecture, identifiée jusqu'à présent uniquement dans des gènes viraux, est aussi retrouvée dans des gènes nucléaires. Elle permet de modifier l'expression des protéines concernées, en fonction des conditions environnementales. C'est notamment le cas du gène PDE2, pour lequel j'ai montré que la translecture permet de contrôler la stabilité de la phosphodiestérase de l'AMPc, et module ainsi le niveau d'AMPc intracellulaire. L'augmentation du niveau d'AMPc observée dans une souche [PSI+] pourrait permettre d'expliquer la grande diversité des phénotypes associés au facteur [PSI+]. Durant ce travail d'autre gènes soumis à un mécanisme de translecture ont été identifiés : il s'agit des gènes IMP3 et BSC4. Pour certains des autres candidats identifiés par notre approche "sans apriori", l'efficacité de translecture est indépendante de la concentration en facteur eRF3p. Ce résultat pourrait signifier qu'au niveau de ces codons stop, le mécanisme de terminaison est indépendant du facteur eRF3p. Le crible d'une banque multicopie d'ADNg m'a permis d'identifier de nouveaux candidats intervenant dans la terminaison de la traduction, ces résultats suggèrent une relation fonctionelle importante entre le cytosquelette et la terminaison de la traduction. L'étude des modifications des ARNt à mis en évidence le rôle important de la pseudouridination aux positions 38 et 39 dans les mécanismes de recodage (translecture et décalage du cadre de lecture). Ce travail a donc mis en évidence que la terminaison de la traduction est un point de contrôle de l'expression de certains gènes chez S. cerevisiae.

Cette thèse traite de la biodégradation par les bactéries d'une catégorie de polluants appelés hydrocarbures aromatiques polycycliques ou HAP. La bactérie Mycobacterium sp. 6PY1 a été isolée d'un sol pollué pour sa capacité à utiliser un HAP à 4 cycles, le pyrène, comme seule source de carbone et d'énergie. Pour comprendre comment le pyrène est métabolisé, l'identification des enzymes impliquées a été entreprise par une approche protéomique. Cette approche a notamment mis en évidence dans la souche 6PY1 deux arène dioxygénases, enzymes susceptibles de catalyser l'attaque initiale du pyrène. L'objectif de cette étude consistait à cloner les gènes de structure des arène dioxygénases identifiées chez Mycobacterium 6PY1, à surexprimer ces gènes en système hétérologue pour faciliter la purification des enzymes correspondantes, et à déterminer les propriétés biochimiques et catalytiques de ces enzymes. Les gènes pdoA1B1 codant la composante terminale d'une dioxygénase ont été clonés et surexprimés chez E. coli. Les propriétés catalytiques de cette enzyme, appelée Pdo1, ont été déterminées in vivo en dosant les produits d'oxydation de HAP composés de 2 à 4 cycles par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CPG/SM). L'analyse de la sélectivité de l'enzyme, déterminée de cette façon montre que Pdo1 oxyde préférentiellement des HAP à 3 ou 4 cycles, comme le phénanthrène et le pyrène, mais n'attaque pas les di-aromatiques comme le naphtalène et le biphényle. La protéine Pdo1 s'est révélée instable et n'a été purifiée que sous forme inactive. Les gènes de structure d'une seconde composante dioxygénase ont été repérés dans un locus comportant deux autres gènes cataboliques. Les gènes pdoA2B2 codent pour une enzyme, appelée Pdo2, montrant une spécificité étroite vis-à-vis des HAP à 2 ou 3 cycles aromatiques et une nette préférence pour le phénanthrène. La protéine Pdo2 purifiée est un hexamère de type α3β3, possédant des centres [2Fe-2S] de type Rieske qui lui confèrent un spectre d'absorbance caractéristique. Des gènes susceptibles de coder pour une troisième dioxygénase ont été découverts dans le génome de Mycobacterium sp. 6PY1. Ces gènes sont très proches en séquence de ceux codant pour Pdo1, suggérant que la bactérie synthétise deux iso-enzymes capables d'oxyder le pyrène. Le fonctionnement des arène dioxygénases requiert deux protéines transporteurs d'électrons de type ferrédoxine et réductase. Celles qui sont associées aux enzymes Pdo1 et Pdo2 n'ont pas été identifiées. Cependant, l'activité des deux dioxygénases de la souche 6PY1 a été stimulée in vivo en co-exprimant dans E. coli des gènes accessoires recrutés d'autres bactéries. Enfin, des expériences d'immunodétection à l'aide d'anticorps spécifiques ont montré que les enzymes Pdo1 et Pdo2 sont co-induites en présence de HAP mais ne sont pas régulées de la même manière en fonction des conditions de croissance.

La progression des cellules dans le cycle cellulaire est gouvernée par une famille de complexes à activité protéine kinase : les complexes CDK/cycline. L'activité de ces complexes est régulée notamment par la déphosphorylation activatrice de résidus tyrosine et thréonine par les phosphatases à double spécificité CDC25. Trois phosphatases CDC25 ont été identifiées dans les cellules de mammifères, et lors de notre travail, nous avons étudié la phosphatase CDC25B. Dans les cellules d'adénocarcinome humain (HeLa), nous avons montré que CDC25B présente une localisation nucléaire ou cytoplasmique stricte ou pan cellulaire, suggérant un trafic nucléo-cytoplasmique actif. Par des approches de mutagenèse dirigée et d'expression transitoire de la protéine sauvage ou mutante, nous avons identifié un signal de localisation nucléaire (NLS) et d'export nucléaire (NES) fonctionnels, et montré que la rétention cytoplasmique de CDC25B nécessite son interaction avec les protéines 14-3-3. Afin de caractériser les mécanismes régulant la fonction de CDC25B in vivo, nous avons entrepris la recherche de nouveaux partenaires de cette phosphatase. Partant d'observations biochimiques : la phosphorylation in vitro de CDC25B par la protéine kinase Eg3, nous avons établi que ces deux protéines interagissent in vivo, dans une lignée surexprimant de manière conditionnelle CDC25B. Une collection de protéines mutantes de CDC25B, nous a permis d'identifier (i) le site d'interaction avec la protéine kinase Eg3, (ii) un site de phosphorylation. Aucune modification de l'activité phosphatase de CDC25B, phosphorylée par Eg3 n'est observée in vitro. Cependant, nous avons montré in vivo, par une analyse en cytométrie de flux, que l'expression de CDC25B est capable d'annuler l'accumulation des cellules en phase G2 induite par la surexpression de Eg3. Ces derniers résultats suggèrent fortement une interaction fonctionnelle entre CDC25B et Eg3, dont les mécanismes in vivo restent à préciser. L'isolement de nouveaux partenaires protéiques de CDC25B a été entrepris par leur co-purification grâce à l'utilisation de lignées U2OS exprimant HA-CDC25B de manière conditionnelle, ou de protéines recombinantes MBP-CDC25B. Certains problèmes techniques ne nous ont pas encore permis d'isoler des partenaires, mais les derniers résultats sont prometteurs.

L'activation séquentielle des Kinases Dépendantes des Cyclines (CDK), associées à leur sous-unité régulatrice la cycline, contrôle la progression des cellules eucaryotes dans le cycle cellulaire. L'activité des complexes CDK/cycline est notamment régulée par une balance entre phosphorylation inhibitrice (Wee, Myt) et déphosphorylation activatrice par les phosphatases CDC25. Dans les cellules humaines, trois phosphatases à double spécificité CDC25A, B et C sont impliquées dans la régulation de ces complexes en différents points du cycle cellulaire. CDC25A agit à la transition G1/S alors que CDC25C contrôle l'entrée en mitose. Par contre, CDC25B agirait en phase S ainsi qu'à la transition G2/M. L'existence de trois variants de CDC25B (B1, B2 et B3) issus d'un épissage alternatif pourrait expliquer cette controverse. Afin d'étudier les rôles et les implications de chaque variant de CDC25B, nous avons d'abord étudié leur régulation par la protéine kinase CK2, kinase qui pourrait jouer un rôle dans le contrôle de la transition G2/M. Nos études in vitro ont démontré que CK2 phosphoryle les trois variants de CDC25B mais pas la protéine CDC25C. Une analyse par spectrométrie de masse de CDC25B indique qu'au moins deux résidus, les sérines 186 et 187, sont phosphorylés in vitro par CK2. De plus, CDC25B interagit avec CK2 in vitro et in vivo dans des cellules humaines et d'insectes. Enfin, la phosphorylation de CDC25B par CK2 augmente son activité phosphatase in vitro ainsi qu'in vivo. CK2 est donc un régulateur positif de l'activité catalytique des CDC25B. Au cours du cycle cellulaire ou en réponse aux points de contrôle, CDC25B est également régulée au niveau de sa localisation intracellulaire. En effet, la phosphatase réalise une navette entre le cytoplasme et le noyau, navette qui peut être régulée notamment par phosphorylation. Nous avons montré que la protéine kinase AKT/PKB phosphoryle in vitro CDC25B sur la sérine 353 et qu'elle provoque son accumulation dans le cytoplasme. L'activation d'AKT/PKB par le peroxyde d'hydrogène reproduit la relocalisation de CDC25B. Par contre, si la mutation de la sérine 353 abolit sa phosphorylation par AKT/PKB, elle n'induit qu'un retard dans la relocalisation cytoplasmique de CDC25B ce qui indique que d'autres mécanismes participent à ce phénomène. Ainsi nos différents travaux ont permis d'identifier deux nouveaux régulateurs de CDC25B, CK2 qui régule son activité catalytique et AKT/PKB qui participe au contrôle de sa localisation intracellulaire, et nous permettent de mieux comprendre la régulation de cette phosphatase même si de nombreux partenaires doivent encore être identifiés.