Dans ce travail, nous avons étudié en détails l'interaction de l'histone H1 avec l'ADN nucléosomal afin de comprendre comment cette interaction conduit à l'organisation en fibre nucléosomale. Nous avons pu résoudre ce problème ancien par l'utilisation de : (i) l'incorporation de H1 par une chaperonne d'histone physiologique, NAP-1, (ii) la reconstitution de nucléosomes parfaitement homogènes sur une matrice d'ADN contenant la séquence 601 fortement positionnante, (iii) une combinaison de cryo-microscopie électronique (EC-M) et de technique d'empreinte aux radicaux OH°, (iv) une modélisation mécanique du polymère ADN de type « coarse-grain ». Notre « cartographie » par empreinte OH° de résolution d'un nucléotide montre que le domaine globulaire de H1 (GH1) interagit à travers le petit sillon avec des « patch » d'ADN de 10 pb de part et d'autre de la dyade du nucléosome. De plus, GH1 organise environ un tour d'hélice d'ADN de chaque ADN de liaison du nucléosome. En même temps, une suite de 7 acides aminés (120-127) de la partie COOH-terminale est requise pour la formation de la structure en tige de l'ADN de liaison.

La thyroperoxydase humaine (hTPO) est l'enzyme clé de la biosynthèse des hormones <br />thyroïdiennes, impliquées dans de nombreux processus biologiques. Cette hémo- <br />glycoprotéine membranaire de type I est exprimée à la surface apicale des thyrocytes où elle <br />exerce ses fonctions d'iodation de certains résidus de tyrosine de la thyroglobuline et de <br />couplage de ces iodotyrosines pour former les hormones thyroïdiennes T3 et T4. <br />Lors de sa biosynthèse, la hTPO subit des modifications post-transcriptionnelles par <br />épissage alternatif du précurseur de l'ARNm. Trois isoformes de l'enzyme étaient connues : <br />la TPO1 (ADNc complet), la TPO2 et la TPO3 engendrées par épissage alternatif des exons <br />10 et 16 du précurseur de l'ARNm de la TPO. Dans cette thèse, nous avons identifié et <br />quantifié par PCR, cinq nouvelles isoformes toutes induites par des épissages alternatifs : la <br />TPO4 (sans exon 14), la TPO5 (sans exon 8), la TPO6 (sans exons 10, 12, 13, 14 et 16), la <br />TPO2/4 (sans exons 10 et 14), et la TPO2/3 (sans exons 10 et 16). Ces isoformes sont plus ou <br />moins stables, actives ou non et transportées correctement ou non jusqu'à la membrane <br />plasmique. <br />Nous avons également démontré, comme pour d'autres cas de pathologie cancéreuse, <br />l'augmentation des phénomènes d'épissage alternatif de la hTPO en association avec une <br />diminution globale du taux d'expression transcriptionnel de la protéine dans les différents <br />types de cancers thyroïdiens. <br />La hTPO subit également des modifications co- et post-traductionnelles. Elle interagit <br />en particulier avec les « protéines chaperons » du réticulum endoplasmique (RE), qui aident <br />les protéines nouvellement synthétisées à se replier correctement et font partie du “contrôle de <br />qualité” du RE. On sait que la hTPO est largement retenue au niveau du réticulum <br />endoplasmique et subissait un processus de dégradation faisant intervenir d'une part le <br />protéasome et d'autre part des protéases du RE. Le repliement correct de la hTPO nécessite <br />des interactions avec la calnexine (CNX) et la calreticuline. Dans cette thèse, nous montrons <br />que la co-surexpression de la CNX et de ERp57, impliquée dans la formation des ponts <br />disulfures des protéines interagissant avec la CNX, n'augmente pas la proportion des formes <br />correctement repliées, ce qui suggère l'implication d'autres protéines chaperons et/ou de <br />catalyseurs de repliement dans le processus de maturation de la hTPO. Nous montrons qu'à <br />l'inverse de la CNX, l'interaction avec une autre protéine chaperon appelée BiP, diminue le <br />repliement de la hTPO et entraîne la protéine vers la dégradation, suggérant ainsi que BiP <br />pourrait être un des senseurs de la dégradation de la hTPO. <br />Nous avons aussi montré que la thyroperoxydase purifiée à partir de thyroïde humaine <br />ou exprimée dans les CHO subit un clivage endoprotéolytique dans sa partie N-terminale. <br />L'enzyme impliquée dans ce clivage appartient vraisemblablement à la famille des protéines <br />convertases, endoprotéases impliquées dans la maturation de nombreux précurseurs de <br />pro-récepteurs et glycoprotéines de surface. A l'instar d'une autre protéine de la famille des <br />peroxydases, la myéloperoxydase humaine, la proséquence de la hTPO agit comme une <br />protéine chaperon interne en facilitant le repliement correct de la protéine. <br />Ces résultats éclairent davantage notre connaissance des mécanismes impliqués dans la <br />maturation de la hTPO et expliquent l'hétérogénéité de la TPO exprimée dans la thyroïde <br />humaine.

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ASF1 est un chaperon d’histones H3-H4 impliqué dans de nombreux cancers. Comme bon nombre de protéines, ce chaperon exerce ses fonctions dans la cellule à travers des interactions protéine-protéine qu’il établit avec d’autres partenaires protéiques. La présente thèse porte sur le développement d’une stratégie originale de design de peptides inhibiteurs de ce type d’interactions souvent associées à des maladies. Cette stratégie rationnelle et itérative repose sur le couplage d’épitopes de liaison provenant de différents partenaires de l’interaction, et leur stabilisation par l’introduction de résidus « ancre » permettant ainsi d’engager un grand nombre de contacts avec la cible. L’extension de cette approche vers des peptidomimes permet par la suite de surmonter les obstacles liés à l’utilisation des peptides en thérapeutique tels que la biodisponibilité et la demi-vie. Appliquée au ciblage d’ASF1, cette méthode a permis de concevoir un peptide, ip4, présentant une affinité de 3nM pour sa cible, soit 3000 fois supérieure au partenaire naturel H3. Ce même peptide a été mimé avec succès par un composé, if3, de nature oligourée. Efficacement internalisés à l’aide d’une Cell Penetrating Peptide clivable, ces inhibiteurs présentent un effet antiprolifératif provoquant la mort des cellules cancéreuse, vraisemblablement dû au ciblage spécifique d’ASF1. / ASF1 is a histone H3-H4 chaperone implicated in several cancers. Like many proteins, this chaperone mediates its cellular functions through protein-protein interactions involving various protein partners. The present thesis focuses on the development of an original strategy to design inhibitory peptides targeting such disease-associated type of biological interactions. This rational and iterative strategy relies on the tethering of binding epitopes isolated from different partners, and stabilized by “anchor” residues that engage large number of atomic contacts with the target. The further progression of this approach toward a peptidomimetic strategy overcomes obstacles commonly associated to the therapeutic use of peptides such as biodisponibility and half-life. Applied for targeting ASF1, such method allowed the conception of a peptide, ip4, presenting a 3nM affinity for its target, which is 3000 fold higher than that of the natural partner H3. This peptide could be successfully mimicked by an oligourea structure, giving rise to the peptidomimetic if3. When coupled to a cleavable Cell Penetrating Peptide, these inhibitors displayed an on-target effect where they impeded cancerous cells proliferation, ultimately resulting in cells death.

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Im ersten Teil dieser Studie habe ich gezeigt, dass die Chaperonaktivität von cpSRP43 für die Stabilität der drei essenziellen TBS-Proteine Glutamyl-tRNA-Reduktase (GluTR), der H-Untereinheit der Magnesium-Chelatase (CHLH) und von Genomes Uncoupled 4 (GUN4 ) wichtig ist. cpSRP43 schützt diese TBS-Proteine effizient vor hitzeinduzierter Aggregatbildung und verbessert ihre Thermostabilität während eines Hitzeschocks. Während die substratbindende Domäne (SBD) von cpSRP43 für die Interaktion mit LHCPs ausreicht, erfordert die Stabilisierung der TBS-Proteine die zusätzliche cpSRP43-Chromodomäne 2 (CD2). Es wurde überraschend gefunden, dass cpSRP54 die Chaperonaktivität von cpSRP43 für LHCPs aktiviert, während es sie für TBS-Proteine vermindern kann. Aber erhöhte Temperatur kann die Bindung von cpSRP43 mit cpSRP54 lösen, aber seine Wechselwirkung mit GluTR, CHLH und GUN4 verstärken, was zu einem verstärkten Schutz von cpSRP43 gegenüber diesen Proteinen unter Hitzeschockbedingungen führt. Im zweiten Teil dieser Studie wurde festgestellt, dass PORB (eines der drei POR Isoformen) ein weiteres Ziel von cpSRP43 ist. Zusammenfassend haben meine Studien einen möglichen Mechanismus von PORB durch konzertierte Aktionen von cpSRP43 und cpSRP54 aufgezeigt. (1) cpSRP43 wirkt als molekulares Chaperon, um PORB vor der Aggregation zu schützen, wodurch die Stabilität des PORB bewahrt wird. (2) cpSRP54 kann PORB bei der Anlagerung an die Thylakoidmembran unterstützen, was vermutlich den Abbau von PORB vermeidet und die Stabilität von PORB verbessert oder den Zugang zum katalytischen Substrat ermöglicht. Zusammenfassend trägt diese Arbeit zum erweiterten Wissen über die voneinander abhängige Chaperonfunktion der beiden Proteine cpSRP43 und cpSRP54 bei der Koordination von Chlorophyllsynthese und LHCP-Biogenese bei. / In the first part of this study, I showed that the chaperone activity of cpSRP43 is essential for the stability of the three critical TBS proteins: glutamyl-tRNA reductase (GluTR), the H subunit of magnesium chelatase (CHLH), and GENOMES UNCOUPLED 4 (GUN4). cpSRP43 efficiently protects these TBS clients from heat-induced aggregation and enhances their thermostability during heat shock. Although the substrate-binding domain (SBD) of cpSRP43 is sufficient for the interaction with LHCPs, the stabilization of TBS clients requires the additional chromodomain 2 (CD2). cpSRP54, which activates the chaperone activity of cpSRP43 on LHCPs, was surprisingly found to antagonize this chaperone activity on TBS proteins. The elevated temperature alleviates the binding of cpSRP43 to cpSRP54 but enhances its interaction with GluTR, CHLH and GUN4, resulting in enhanced protection of cpSRP43 to these proteins under heat shock conditions. My study suggests a working model that the temperature sensitivity of the cpSRP43-cpSRP54 complex enables cpSRP43 to serve as an autonomous chaperone for the thermoprotection of TBS proteins. In the second part of this study, PORB (one of the three POR isoforms) was found to be a new target of cpSRP43. My study revealed a potential mechanism of PORB by concerted actions of cpSRP43 and cpSRP54: (1) cpSRP43 acts as a molecular chaperone to protect PORB from aggregation, thereby preserving the stability of PORB. (2) cpSRP54 assists PORB in attachment to the thylakoid membrane, avoids the degradation of PORB and, thus, improves the stability of PORB or enables access to the catalytic substrate. In summary, this thesis contributes to the extended knowledge about the interdependent chaperone function of cpSRP43 and cpSRP54 in coordination of Chl synthesis and LHCP biogenesis.

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O. oeni est une bactérie lactique responsable de la fermentation malolactique des vins. Un des mécanismes impliqués dans la survie de O. oeni dans ce milieu requière la synthèse de la protéine de stress de faible masse moléculaire (sHsp) Lo18. Cette sHsp exerce une activité de chaperon sur des substrats protéiques et lipidiques.Des variations de pH (5 à 9) ont permis de moduler l’oligomérisation de Lo18 in vitro et de démontrer que sa plasticité oligomérique est un élément clé pour ses activités. Des observations de la sHsp par microscopie électronique ont montré que Lo18 s’organise à pH 5 en un 16-mère composé de deux anneaux superposés ayant comme structure de base probable un dimère.La réponse adaptative de O. oeni a également été caractérisée suite à des stress fluidifiant sa membrane plasmique. Une étude transcriptomique a révélé une augmentation du taux de transcrits pour des gènes dont les produits interviennent dans la biosynthèse des acides gras membranaires saturés et insaturés lors d’un stress à l’alcool benzylique. Des approches physiologique, moléculaire et structurale ont permis de proposer un modèle décrivant l’action chronologique de Lo18 en lien avec ses deux activités de chaperon en réponse à un stress éthanol. Dès l’application du stress, Lo18 est fortement synthétisée et agit préférentiellement à la membrane sous une forme quaternaire simplifiée. O. oeni modifie alors sa composition en acides gras membranaires, affectant ainsi l’affinité de Lo18 pour la membrane ainsi que ses activités.Les résultats obtenus permettent non seulement, de mieux comprendre le fonctionnement et le rôle de Lo18 dans la réponse au stress de O. oeni mais aussi de mettre en exergue les mécanismes d’adaptation préservant l’intégrité de sa membrane cellulaire, élément essentiel dans la survie et la performance des ferments malolactiques dans le vin / Oenococcus oeni is a lactic acid bacterium which is able to perform malolactic fermentation in wine. The synthesis of the small heat-shock protein (sHsp) Lo18 is one of the mechanisms involved in O. oeni survival in wine. Lo18 possess a chaperone activity on both protein and lipid substrates. pH variations in the range 5-9 were used to modulated Lo18 oligomerization in vitro and indicated that oligomer plasticity is essential for its activities. Electron microscopy studies showed that Lo18 is organised in a double-ring of stacked octamers to form a 16-mer structure at pH 5. The dimer observed at basic pH is thought to be the building block leading to oligomerization.The adaptive response of O. oeni to stress fluidizing its cytoplasmic membrane was also investigated. A transcriptomic study indicated an increase of the transcript level of genes involved in biosynthesis of saturated and unsaturated membrane fatty acids during benzylalcohol stress. On the basis of physiological, molecular and structural approaches, a model describing the first steps of O. oeni response to ethanol stress was proposed. In the early steps of the stress, Lo18 is synthesised and addressed to the membrane under a simplified structure. During the course of adaptation to the presence of ethanol, changes of the phospholipids content occur. This affects Lo18 activities and its affinity for O. oeni membrane.The results allow us to better understand the activities and the role of Lo18 in stress response of O. oeni and highlight the mechanisms involved in the maintenance of membrane integrity, a crucial event for malolactic starter performance in wine

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