L'activité cellulaire répond à la stimulation électrique (SE). Le but de cette thèse était le développement d'un composite multifonctionnel et l'étude de la réponse des ostéoblastes à la SE transmise par un tel composite. Les objectifs spécifiques étaient les suivants: a) synthèse des particules de haute conductivité en polypyrroles (PPy) avec des rendements élevés en contrôlant la taille et la régularité moléculaire; b) bioactivation des particules PPy par dopage à l'héparine (HE); c) préparation de composites multifonctionnels électriquement stables et présentant une haute affinité biologique; d) étude de la prolifération et de la minéralisation des ostéoblastes sur un échafaudage conducteur sous SE. Le chapitre I résume les phénomènes bioélectriques chez l'humain à différents niveaux, les mécanismes possibles de l'action de l'électricité sur les cellules, et l'étude de la SE en génie tissulaire osseux. Ce chapitre propose également une revue critique des différentes techniques et des différentes méthodologies de SE utilisées pour des études environnementales, scientifiques et pour les soins cliniques. Les hypothèses et les objectifs de la thèse sont présentés. Le chapitre II décrit la synthèse des nanoparticules en PPy par polymérisation en emulsion en utilisant le réactif de Fenton comme oxydant. Ces nanoparticules présentent une morphologie polygonale creuse, avec une épaisseur approximative de 50 nm et un diamètre de 400-500 nm. Les caractéristiques cristallines de ces nanoparticules ont été démontrées. Un mécanisme plausible de synthèse est proposé. Le chapitre III rapporte la bioactivation des particules en PPy en utilisant F héparine (HE) comme dopant, la préparation d'une membrane conductrice biodégradable, et la culture de fibroblastes sur ces membranes. Le dopage avec HE améliore la stabilité électrique de la membrane conductrice et augmente l'adhésion et la prolifération de cellules. Le chapitre IV démontre que la SE induite par la membrane conductrice peut moduler l'activité des ostéoblastes et accélérer la formation osseuse. Un champ électrique optimal de 200 mV/mm avec une durée de stimulation entre 2 et 8 h a favorisé la prolifération des ostéoblastes et augmenté l'expression et la production de ses marqueurs spécifiques de maturation (ALP) et de minéralisation (CO). Le chapitre V présente une discussion générale, le sommaire des conclusions et les perspectives de recherche pour le futur. L'implication de ces travaux en génie tissulaire et en santé humaine est également abordée.

Les mycotoxines sont des métabolites secondaires des moisissures qui contaminentnaturellement de nombreuses denrées alimentaires, notamment les céréales. Certainesmycotoxines présentent des effets toxiques potentiellement dangereux pour l’homme à desdoses extrêmement faibles. Les objectifs de ce travail étaient d’évaluer in vitro : (1) la toxicitéde trois mycotoxines qualifiées d’émergentes : la beauvericine, l’enniatine B et lamoniliformine ; (2) les effets de mycotoxines testées simultanément : déoxynivalénol etbeauvericine, déoxynivalénol et fumonisine B1, déoxynivalénol et zéaralénone,déoxynivalénol et toxine T-2, toxine T-2 et zéaralénone, beauvericine et enniatine B. Lesétudes ont été réalisées sur des cellules humaines d’origine hématopoïétique, en raison de leurforte sensibilité connue à certaines mycotoxines majeures. La myélotoxicité a été évaluée surles progéniteurs hématopoïétiques granulo-monocytaires, érythrocytaires et plaquettaires.L’immunotoxicité a été évaluée sur les cellules dendritiques et les macrophages.Un effet cytotoxique a été observé pour les progéniteurs hématopoïétiques exposésaux toxines émergentes. Une inhibition de la différenciation des progéniteurs érythroïdes a éténotée en présence d’enniatine B ou de moniliformine. Une cytotoxicité a été mise en évidencepour les cellules immunitaires exposées à la beauvericine ou à l’enniatine B. L’exposition à lamoniliformine a provoqué une inhibition de la différenciation des monocytes en cellulesdendritiques ou en macrophages. Une inhibition de la capacité de maturation des cellulesdendritiques a été mise en évidence en présence de beauvericine ou d’enniatine B. Les travauxmenés en co-exposition ont montré des effets cytotoxiques principalement additifs sur lesprogéniteurs hématopoïétiques et sur les cellules dendritiques. Une synergie a été observéepour les progéniteurs hématopoïétiques exposés au déoxynivalénol et à la beauvericine. Unantagonisme a été noté pour les progéniteurs et pour les cellules dendritiques exposéssimultanément au déoxynivalénol et à la fumonisine B1.Ces travaux réalisés in vitro suggèrent que les mycotoxines émergentes pourraientprovoquer chez l’homme une diminution du nombre et un dysfonctionnement des celluleshématopoïétiques, avec pour conséquence l’induction de troubles hématologiques etimmunologiques. La présence concomitante de mycotoxines pourrait augmenter le risque demyélotoxicité et d’immunotoxicité chez l’homme. Des études in vivo devraient être menéesafin de compléter ces travaux. / Mycotoxins are secondary metabolites of fungi that are natural contaminants ofseveral commodities, in particular cereals. The main objectives of the thesis were to assess thein vitro toxicity of: (1) emerging mycotoxins beauvericin, enniatin b and moniliformin; (2)combinations of fusariotoxins known to co-contaminate cereals or food commodities:deoxynivalenol and beauvericin, deoxynivalenol and fumonisin B1, deoxynivalenol andzearalenone, deoxynivalenol and T-2, T-2 and zearalenone, beauvericin and enniatin B.Experiences have been done using human hematopoietic cells. Myelotoxicity has beenevaluated using clonogenic assays on granulo-monocytic, erythroid and megakaryocyticprogenitors. Immunotoxicity has been assessed on dendritic cells and macrophages.Emerging mycotoxins were cytotoxic for hematopoietic progenitors. Inhibition oferythroid differentiation has been observed in the presence of enniatin b or moniliformin.Beauvericin and enniatin B were cytotoxic for dendritic cells and macrophages. Thedifferentiation process of monocytes into immature dendritic cells or into macrophages wasdisturbed in the presence of moniliformin. Beauvericin and enniatin B have been shown tointeract with dendritic cells maturation process. Additive myelotoxic and immunotoxic effectswere observed for combination of deoxynivalenol and zearalenone, deoxynivalenol and T-2,T-2 and zearalenone, beauvericin and enniatin B. Co-exposure of granulo-monocyticprogenitors to deoxynivalenol and beauvericin resulted in synergic effects. Combination ofdeoxynivalenol and fumonisin B1 showed antagonist myelotoxic and immunotoxic effects.These in vitro results suggested that emerging mycotoxins could be responsible forhematological and immunological troubles on human in case of consumption of contaminatedcommodities. Simultaneous presence of mycotoxins in food commodities and diet may bemore toxic than the presence of one mycotoxin alone. In vivo studies should be performed totest these hypotheses.

La biogenèse des ribosomes eucaryotes est un processus complexe qui implique la production et l'assemblage de 4 ARNr et 80 protéines. La production des deux sous-unités du ribosome, 40S et 60S, débute dans le nucléole par la synthèse d'un long précurseur commun contenant les séquences des ARNr matures et se termine dans le cytoplasme où ont lieu les dernières étapes d'assemblage des protéines ribosomiques et de clivage des ARNr. La production de ribosomes nécessite la participation de plus de 200 co-facteurs, qui catalysent les clivages et modifications des ARNr, coordonnent leur repliement et leur association aux protéines ribosomiques, et assurent des étapes de contrôle-qualité. Ces protéines sont associées aux particules en cours de maturation et absentes des sous-unités matures. Cette voie de synthèse, globalement conservée chez les eucaryotes, a été principalement étudiée chez la levure. Cependant, des études récentes ont montré des différences importantes de ce processus entre levure et mammifères. Un des verrous importants pour comprendre la fonction des co-facteurs, est l'absence de données sur la structure des précurseurs des sous-unités ribosomiques. J'ai donc entrepris une étude structurale de l'assemblage cytoplasmique de la petite sous-unité ribosomique chez l'homme par cryo-microscopie électronique à transmission. Le but de ma thèse était de déterminer la structure 3D des précurseurs de la petite sous-unité ribosomique purifiés à différentes étape de leur maturation. Ce travail a été conduit en collaboration avec l'équipe du Pr. Ulrike Kutay (ETH Zurich) pour la purification des particules pré-40S à partir de cellules humaines. La première structure 3D de particule pré-40S intermédiaire purifiée en étiquetant le co-facteur LTV1 a été déterminée à 19Å de résolution. Dans un deuxième temps, la structure 3D de la particule pré-40S tardive purifiée à via RIO1(KD) a aussi été déterminée à 15Å de résolution. Ces données nous ont permis de proposer un modèle de localisation des co-facteurs sur les précurseurs de la petite sous-unité ribosomique et de montrer une nouvelle différence dans la formation de la petite sous-unité chez l'Homme comparé à la levure, du fait de la présence de la protéine RACK1 sur les particules pré-40S humaines. La comparaison des structures des précurseurs de la petite sous-unité obtenues a permis de mettre en lumière l'existence de remodelages structuraux de la particule pré-40S au cours de sa maturation. Ce travail met en lumière les premières structures 3D de particules pré-40S humaines et pose les fondements méthodologiques d'explorations futures de la dynamique structurale des particules pré-ribosomiques. / Ribosome biogenesis is a complex process that requires the production and the correct assembly of the 4 rRNAs with 80 ribosomal proteins. In Human, the production of the two subunits, 40S and 60S, is initiated by the transcription of a pre-ribosomal rRNA precursor to the mature 18S, 5.8S, and 28S rRNAs by the RNA polymerase I, which is chemically modified and trimmed by endo- and exoribonuclease, in order to form the mature rRNAs. The nascent pre rRNA associated with ribosomal proteins, small ribonucleoprotein particles (snoRNP) and so called co-factors leading to the assembly of an initial 90S particle. This particle is then split into pre-40S and pre-60S pre-ribosomal particles that fallow independent maturation to form the mature subunit into the cytoplasm. Production of eukaryotic ribosomes implies the transient intervention of more than 200 associated proteins and ribonucleoprotein particles, that are absent from the mature subunits. Synthesis of ribosome, globally conserved in eukaryotes, has been principally studied in yeast. However, recent studies reveal that this process is more complex in human compared in yeast. An important bottleneck in this domain is the lack of structural data concerning the formation of intermediate ribosomal subunits to understand the function of assembly factors. Determination of the structural remodeling of pre-ribosomal particles is crucial to understand the molecular mechanism of this complex process. So I have undertaken a structural study on the assembly of the small ribosomal subunit using cryo-electron microscopy and image analysis. The goal of my thesis is to determine the 3D structures of human pre-40S particles at different maturation stages to see the structural remodeling that occurs during the biogenesis of the small ribosomal subunit. We are collaborating with the group of Pr Ulrike Kutay at ETH Zurich, who purify human pre-40S particles. The 3D structures of human pre-40S particles purified at an intermediate and late maturation stages, has been determined with a resolution of 19 and 15Å respectively. Supplementary densities, compared to the mature subunit, indicate the presence of assembly factors and show the unexpected presence of the RACK1 protein in the precursor of the human small ribosomal subunit in the cytoplasm. The comparison of the 3D structures of human pre-40S particle allows showing the structural remodeling that occur during the maturation of the small ribosomal subunit. This work provides the first 3D structure of human pre-40S particles and laid the methodological foundations for future exploration of the structural dynamics of pre-ribosomal particles.

Le but de cette étude est de produire un biopolymère conducteur utilisable en génie tissulaire. Pour y parvenir, nous avons préparé un biomatériau conducteur à base d'acide polylactique (PLA) et de polypyrrole (PPy). Les analyses physicochimiques montrent que le biopolymère est bien structuré et malléable sans être fragile. Le PPy est distribué sur toute la surface de la membrane d'acide PLA assurant une conductivité continue. Lorsqu'un champ électrique est appliqué au biopolymère, les fibroblastes prolifèrent beaucoup plus comparativement au biopolymère sans champ électrique. Les analyses ultrastructurales confirment l'adhésion et un phénotype normal (élongation cellulaire, formation de dendrites, petit noyau, petit cytoplasme) de fibroblastes prolifératifs. Suite à une stimulation électrique, des médiateurs inflammatoires (IL-6 et IL-8) sont modulés sur le plan génomique et protéique. Conclusion: L'ensemble de ces travaux démontre que l'application d'un champ électrique à la surface d'un biomatériau biocompatible et conducteur favorise l'adhésion, la prolifération et la structuration des fibroblastes humains. Ces travaux suggèrent le potentiel conducteur des biopolymères en génie tissulaire.

La réponse cellulaire humaine aux agents génotoxiques est essentielle pour le maintien de l'intégrité génétique. Elle implique une régulation coordonnée de nombreuses voies métaboliques qui déclencheront un arrêt du cycle cellulaire et la réparation des macromolécules endommagées, l'inflammation et l'apoptose. La Réparation Globale du Génome par Excision de Nucléotides (GG-NER) est une voie majeure de réparation de l'ADN pour la prévention de la cancérogenèse car elle élimine une grande variété de lésions induites par les rayonnements ultraviolets, des carcinogènes chimiques et d'autres facteurs de notre environnement. Ces lésions sont reconnues par XPC, qui est le premier facteur protéique impliqué dans cette voie de réparation. XPC forme un complexe avec Rad23B. Nous avons montré qu'in vivo le complexe XPC/Rad23B comportait également la centrine 2. Le mode d'interaction de XPC avec la centrine 2 est très conservé de la levure à l'homme indiquant une participation de ce complexe à un processus biologique général à tous les eucaryotes. La centrine 2 est impliquée dans la division cellulaire en régulant la duplication du centrosome. Rad23B intervient dans le contrôle stabilité/dégradation des protéines par le protéasome 26S. Nous avons montré que l'existence de ce complexe ancré à la chromatine permettait son accumulation immédiate sur les sites des lésions induites par les UV ou après l'impact d'un laser à 405 nm. Cette localisation dépend uniquement de la présence de XPC. Nous avons montré que XPC régulait le niveau basal et l'équilibre de la centrine 2 entre le noyau et le centrosome. Ceci pourrait être primordial pour coordonner la réparation de l'ADN et la division cellulaire. De plus, nous avons observé que Rad23B promouvait la survie cellulaire en stabilisant XPC après une irradiation aux UVC. Enfin, nos résultats montrent que la présence de XPC est requise pour l'accumulation des transcrits centrine 2 et Rad23B suite à une irradiation aux UV. Ceci conforte l'idée que XPC pourrait faire partie d'un système de signalisation qui induit l'expression de gènes après la reconnaissance des dommages de l'ADN. Cet hétérotrimère regroupe donc des protéines aux fonctions distinctes qui sont localisées précocement sur les dommages de l'ADN. Nous proposons que ce complexe coordonne différents processus biologiques immédiatement après la reconnaissance des lésions par XPC : la régulation du cycle cellulaire par la centrine 2, le contrôle stabilité/dégradation de protéines, dont XPC, par Rad23B et le déclenchement de la réparation et l'induction de l'expression de gènes par XPC. Des études récentes montrent que XPC serait également impliquée dans d'autres voies de réparation comme la réparation par excision de bases et la réparation des cassures double-brin. L'ensemble de ces observations suggère que ce complexe multifonctionnel pourrait avoir un rôle global dans la réponse cellulaire aux agents génotoxiques.

Les cardiolipines (CL) sont des phospholipides possédant de nombreux rôles dans la structure et le fonctionnement des mitochondries. Elles sont, par exemple, impliquées dans la stabilisation des complexes des oxydations phosphorylantes, la fusion/fission des membranes mitochondriales, l’import de protéines mitochondriales, la biogénèse des centres fer-soufre (Fe-S), l’apoptose, la protection des mitochondries contre le stress oxydatif…L’ensemble de ces fonctions nécessitent que les chaînes d’acides gras de la CL soient majoritairement insaturées. Le maintien de cette composition en chaînes insaturées requiert une activité acyltransférase portée par la protéine tafazzine, qui est codée par le gène nucléaire TAZ. Des mutations dans ce gène sont la cause du syndrome de Barth (BTHS), qui se caractérise notamment par des myopathies cardiaques et squelettiques, une neutropénie (responsable de nombreuses infections) et des défauts de la chaîne respiratoire. Malgré des progrès considérables dans la compréhension des mécanismes conduisant à la pathogénicité, il n’existe toujours aucune thérapie pour traiter cette maladie. Nous avons donc utilisé la levure Saccharomyces cerevisiae, chez qui la voie de remodelage des CL par la tafazzine est bien conservée, pour modéliser le BTHS et, ainsi non seulement étudier les mécanismes moléculaires sous-jacents de cette maladie, mais aussi identifier différentes voies thérapeutiques potentielles (suppresseurs génétiques et molécules pharmacologiques). Nous avons tout d’abord construit une levure délétée pour le gène orthologue TAZ (TAZ1 chez la levure), la souche Δtaz1. En accord avec des études précédentes, la souche Δtaz1 présente une diminution quantitative de la CL accompagnée d’un changement qualitatif des chaînes d’acides gras1,2 (plus d’acides gras saturés et moins d’insaturés). Nous montrons aussi que cette levure mutante a un défaut de croissance en milieu respiratoire à température élevée (36°C) ainsi que des défauts dans plusieurs composants impliqués dans les oxydations phosphorylantes2. De façon intéressante, alors que le défaut primaire (diminution des CL et changement qualitatif des chaines d’acide gras) est toujours présent, nous montrons que les oxydations phosphorylantes sont restaurées dans la souche Δtaz1 surexprimant Odc1p2, un transporteur mitochondrial d’intermédiaires du cycle de Krebs, ou par plusieurs composés chimiques. Plusieurs de ces drogues sauvant le mutant, dont la cycloheximide, sont des inhibiteurs partiels de la synthèse protéique cytosolique. Cet effet a été confirmé génétiquement par des mutations affectant les ribosomes cytosoliques. L’ensemble des résultats suggère qu’un défaut au niveau des CL provoquerait un stress protéostatique probablement impliqué dans le processus pathologique. / The phospholipid cardiolipin (CL) has many roles in mitochondrial structure and function, ranging from assembly/stability and functioning of the oxidative phosphorylation (OXPHOS) system, fusion and fission of mitochondrial membranes, mitochondrial protein import, iron-sulfur (Fe-S) biogenesis, apoptosis, and protection of mitochondria against oxidative damage. The maintenance of a proper unsaturated acyl chain composition of CL involves the acyltransferase tafazzin in which mutations cause Barth syndrome (BTHS), resulting in cardiac and skeletal myopathy, cyclic neutropenia and respiratory chain defects. Despite considerable progress in the understanding of the underlying pathogenic mechanisms, there are still no effective therapies to treat this disease. We are using the yeast Saccharomyces cerevisiae, in which the tafazzin-based cardiolipin remodeling pathway is conserved, as a model system for the exploration of potential therapeutic pathways against BTHS, by way of genetic suppressors and chemical screening. We first constructed a yeast strain lacking the orthologous taffazin gene (Δtaz1). Consistent with previous studies, our Δtaz1 yeast failed to grow on non-fermentable carbon sources at elevated temperatures (36°C) and exhibited defects in several components of the mitochondrial respiratory system. Interestingly, we found that oxidative phosphorylation was fully restored in Δtaz1 yeast by overexpressing Odc1p [1]-a mitochondrial carrier that transports Krebs cycle intermediates- and by a number of chemical compounds. Some of the rescuing drugs, especially cycloheximide, act by partially inhibiting cytosolic protein synthesis leading to a full recovery of oxidative phosphorylations. Our findings identify potential cellular components and pathways for the pharmacological treatment of BTHS patients.