Les objectifs de cette thèse étaient d'apporter une percée conceptuelle pour une compréhension en profondeur des mécanismes moléculaires des protéines intrinsèquement désordonnées (IDPs) et de leurs rôles dans la physiologie cellulaire de Chlamydomonas reinhardtii. La combinaison d’approches expérimentale et bioinformatique m’a permis d’identifier 682 protéines thermorésistantes chez C. reinhardtii. Parmi celles-ci, 299 protéines sont systématiquement prédites comme potentielles IDP par quatre algorithmes de prédiction de désordre. Nos résultats indiquent que le pourcentage désordonné moyen de ces protéines prédites comme étant des IDPs est d'environ 20%, et la plupart d'entre elles (~70%) sont adressées à d'autres compartiments que la mitochondrie et le chloroplaste. Leur composition en acides aminés est biaisée par rapport à d'autres IDPs de la base de données de protéines désordonnées (DisProt). Ces IDPs potentielles jouent des fonctions moléculaires diverses, et 54% d'entre elles sont des cibles de phosphorylation.Notre travail a également augmenté l’état des connaissances sur l'adénylate kinase 3 (ADK3), une enzyme contenant une région intrinsèquement désordonnée (IDR). Cette enzyme a été isolée par notre approche globale pour caractériser les IDPs de l’algue verte. L’extension C-terminale désordonnée (CTE) de cette enzyme lui confère de nouvelles fonctions comme par exemple, la formation d’un complexe bi-enzymatique avec la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH), la régulation (négative) de l'activité GAPDH avec le NADPH comme cofacteur, et le rôle de chaperon pour la GAPDH en la protégeant de la dénaturation par traitement thermique et de l’agrégation. / The objectives of this work were to bring a conceptual breakthrough for an in-depth understanding of the molecular mechanisms of intrinsically disordered proteins (IDPs) and their roles in the cellular physiology of Chlamydomonas reinhardtii. Using experimental approaches, 682 heat-resistant proteins were identified as putative IDPs. Among them, 299 proteins were consistently predicted as IDPs by all four disordered predictors. The mean percentage of disordered residues content of these IDPs is about 20%, and most of them (~70%) are addressed to other compartments than mitochondrion and chloroplast. These newly identified IDPs from C. reinhardtii have a biased amino acid composition as regard to other IDPs from the Database of protein disorder (DisProt). Furthermore, they play diverse molecular functions, and 54% of them are the targets for phosphorylation. Our work also revealed more knowledge of the IDR-containing protein adenylate kinase 3 (ADK3) that was extracted by heat-treatment. Its disordered C-terminal extension (CTE) brought new functions to this protein. For instance, via its CTE, ADK3 can form a bi-enzyme complex with glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), down-regulates the NADPH-dependent GAPDH activity, and behaves as a chaperone for GAPDH against its aggregation and inactivation under heat-treatment.

Lors d’essais de feux d’hydrocarbures liquides dans le dispositif DIVA de l’IRSN, un phénomène oscillatoire basse-fréquence (BF), a été observé. Ce phénomène se manifeste par des fluctuations importantes de la pression dans le local, qui peuvent conduire à une perte de confinement et ainsi favoriser la propagation du feu et le rejet de polluants au-delà du local. Il s’accompagne de déplacements intermittents de la flamme hors du bac. L’étude fine de ce phénomène oscillatoire a tout d’abord consisté à concevoir une maquette à l’échelle 1:4 du dispositif DIVA dans lequel nous avons fait varier différents paramètres. L’analyse des résultats obtenus nous a permis d’identifier différents régimes de combustion, de décrire les mécanismes responsables de l’apparition des oscillations BF et de caractériser les propriétés de ces oscillations (fréquence et amplitude). L’occurrence et la persistance des oscillations BF dépendent essentiellement de l’équilibre, plus ou moins précaire, entre la quantité d’air disponible pour la combustion et le débit d’évaporation du combustible résultant des flux thermiques reçus à sa surface. Une étude numérique exploratoire utilisant le code CFD SAFIR a été ensuite conduite en utilisant le débit d’évaporation mesuré expérimentalement, puis en le calculant à l’aide d’un modèle d’évaporation. Si le code ne permet pas de décrire correctement le déplacement de la flamme hors du bac, il reproduit de façon satisfaisante le comportement oscillatoire BF du feu, en particulier sa fréquence dominante. / During liquid hydrocarbon fire tests in the DIVA device of IRSN, a low-frequency (LF) oscillatory phenomenon, was observed. This phenomenon manifests itself by large variations of the average pressure in the room, which can lead to a loss of confinement and thus promote the spread of fire and the release of pollutants beyond the local. It is accompanied by intermittent displacements of the flame outside the fuel pan. The fine study of this phenomenon consisted in designing a 1:4 scale model of the DIVA device, allowing us to carry out a very large number of tests, varying some parameters. The analysis of the results obtained allowed us to identify different combustion regimes, to describe the mechanisms responsible for the appearance of the LF oscillations, and to characterize the properties of these oscillations (frequency and amplitude). The occurrence and persistence of LF oscillations essentially depend on the precarious equilibrium between the supply of fresh air and the supply of fuel vapors which results from the heat flux received at its surface. An exploratory numerical study using the CFD code SAFIR was then conducted using both the experimentally measured evaporation rate and that calculated using an evaporation model. The model does not correctly describe the displacements of the flame outside the fuel pan. However, it satisfactorily reproduces the LF oscillatory fire behavior, especially its dominant frequency.

L'évaluation de l'asynchronisme mécanique ventriculaire sous stress a soulevé une attention importante en tant que facteur prédictif de la réponse au traitement de resynchronisation cardiaque (CRT). De plus, il semble exister une relation significative entre le devenir du patient et la présence d’asynchronisme au repos. Plusieurs méthodes échocardiographiques peuvent être utilisées pour évaluer l’asynchronisme. Cependant, parmi toutes les différentes méthodologies ou index existant dans ce domaine, aucun critère ne fait l’unanimité. Cette thèse étudie l'importance des techniques d'imagerie nucléaire dans le cadre de l’évaluation de l’asynchronisme cardiaque induit par le stress en utilisant trois différents modèles canins expérimentaux. Le premier chapitre vise à examiner les effets du stress sur le synchronisme de la contraction du ventricule gauche (VG) en utilisant l'imagerie synchronisée de perfusion myocardique dans une cohorte canine normale. Le stress a été induit par différents niveaux d’infusion de dobutamine sur six sujets sains. Les paramètres hémodynamiques et l’asynchronisme ont été évalués par des mesures de pressions ventriculaires. L'analyse de phase sur l’imagerie s’est effectuée en utilisant un logiciel commercialement disponible (QGS) et un logiciel interne (MHI4MPI), basée sur le déplacement et l’épaississement des parois ventriculaires. L’augmentation de la concentration de dobutamine a démontré une amélioration de la capacité fonctionnelle et une réduction de l’asynchronisme ventriculaire. L’analyse de l’asynchronisme calculée à partir de l’épaississement de la paroi semble plus robuste et plus sensible que l’utilisation du déplacement des parois. (Salimian et. al., J Nucl Cardiol., 2014) Le second chapitre étudie les différents paramètres d’asynchronisme au repos et à différents niveaux de stress dans un modèle de cardiomyopathie dilatée et à QRS étroit. Ce modèle a été créé sur dix chiens par tachycardie via stimulation de l'apex du ventricule droit pendant 3-4 semaines, permettant d’atteindre une fraction d'éjection cible de 35% ou moins. Le stress a ensuite été induit par une perfusion de dobutamine jusqu'à un maximum de 20 μg/kg/min. Les données hémodynamiques et l’asynchronisme ont été analysés par des mesures de pression ventriculaire et l’analyse de l’imagerie dynamique du compartiment sanguin. L’importante variabilité individuelle des sujets inclus dans notre cohorte empêche toute conclusion définitive sur la mesure de l’asynchronisme interventriculaire. Cependant, les différents niveaux de stress, même dans des intervalles rapprochés, ont démontré un effet significatif sur les paramètres hémodynamiques et l’asynchronisme. (Salimian et. al., J Nucl Cardiol., 2015) La troisième section vise à déterminer si l’estimation du mode de stimulation optimal effectuée au repos demeure le choix optimal lorsque le niveau d’activité cardiaque s’intensifie pour des sujets avec bloc auriculo-ventriculaire (AV) et fonction ventriculaire normale. Cinq chiens ont été soumis à une ablation du nœud AV et des sondes de stimulation ont été insérées dans l'oreillette droite pour la détection, l’apex du ventricule droit (VD) et une veine postérolatérale du VG pour la stimulation. Cinq modes de stimulation ont été utilisés : LV pur, biventriculaire (BiV) avec pré-activation de 20 ms du LV (LVRV20), BiV pur, BiV avec pré-activation de 20 ms du VD (RVLV20), VD pur. Des niveaux jusqu’à 20 μg/kg/min de dobutamine ont été atteints. Le stress a modifié l’étendue de l’asynchronisme de base et ce, pour tous les modes de stimulation. De plus, les effets physiologiques intrinsèques du stress permettent une évaluation plus précise de l’asynchronisme ventriculaire, diminuant la variabilité inter-sujet. Le mode de stimulation LVRV20 semble le mode optimal dans ce modèle, supportant l’utilisation de la stimulation bi-ventriculaire. / Assessment of ventricular mechanical dyssynchrony (MD) under stress has attracted a large amount of attention as a stronger predictor of response to cardiac resynchronization therapy (CRT) and as a parameter whose variation bears a greater relationship to clinical outcomes than resting-MD either in CRT candidates or another subset of patients. Several echocardiographic methods can be used to assess stress-MD. However, no standardized approach is currently used to explore stress-induced variations in inter- and intraventricular MD. This dissertation studies the importance of nuclear imaging techniques in assessing stress-induced MD variations by providing three different experimental canine models. The first chapter sought to examine the impacts of stress on the left ventricular (LV) synchrony with phase analysis of gated SPECT myocardial perfusion imaging (GMPS) within a normal canine cohort. Stress was induced by different levels of dobutamine infusion in six healthy subjects. Hemodynamic and LV MD parameters were assessed by LV pressure measurements and phase analysis of GMPS using commercially available QGS software and in-house MHI4MPI software with thickening- and displacement-based methodology. The increase of dobutamine level was shown to be in accordance with the improvement of LV functional capacity and reduction of MD parameters. MD analysis based on wall thickening was more robust and sensitive than the global wall displacement. (Salimian et. al., J Nucl Cardiol., 2014) The second chapter investigated the range of difference in inter- and intraventricular MD parameters from rest to various levels of stress in a dilated cardiomyopathy (DCM) and narrow QRS complex model. Ten large dogs were submitted to tachycardia-induced DCM by pacing the right ventricular apex for 3-4 weeks to reach a target ejection fraction of 35% or less. Stress was then induced by infusion of dobutamine up to a maximum of 20 μg/kg/min. Hemodynamic and MD data were analyzed by LV pressure measurements and gated-blood pool SPECT (GBPS) imaging. Individual differences in the magnitude and pattern of change in the various levels of stress precluded any definitive conclusion about interventricular MD. However, different levels of stress, even in close intervals, showed a significant positive impact on hemodynamic and intraventricular MD parameters. (Salimian et. al., J Nucl Cardiol., 2015) The third chapter sought to examine if the optimal pacing mode at rest could be the best one during the maximum stress level in terms of MD parameters in subjects with an atrioventricular (AV) block and normal function. Five dogs were submitted to AV node ablation and pacing leads were placed in the right atrium for sensing, in right ventricular (RV) apex, and in posterolateral LV vein for pacing in five modes of LV, biventricular (BiV) with 20 ms of LV pre-activation (LVRV20), BiV, BiV with 20 ms of RV pre-activation (RVLV20) and RV pacing. Stress was induced by dobutamine infusion up to a maximum of 20 μg/kg/min. Data analyses were the same as chapter one. Dobutamine stress changed the extent of resting-LV MD at all pacing modes. Intrinsic physiologic effects of stress resulted in more accurate MD assessment with lesser variability in subjects who underwent pacing. LVRV20 was the preferred site of stimulation in this model rather than single-site pacing.

PolyHistidine repeats and DYRK1A: from the localization to the functionEl principal objectiu d'aquesta tesi ha estat el d'esbrinar noves funcions de la proteína quinasa DYRK1A en el nucli cel.lular. Donat que el domini de repetició d'histidines de DYRK1A dirigeix la proteína al compartiment d'speckles nuclears, aquesta propietat ha estat utilitzada per adreçar aquesta pregunta. Els resultats obtinguts en aquesta tesi han permès proposar els homopolímers d'histidina com una nova i general senyal de localització a speckles nuclears. Proteïnes amb segments de polihistidines, la majoria d'elles factors de transcripció, mostren un comportament intranuclear dinàmic, compatible amb un model en el quèl diferents dominis d'interacció competeixen entre ells pel reclutament de la proteína a diferents subcompartiments nuclears. El mecanisme molecular que media l'acumulació a speckles de les proteïnes amb polihistines s'ha estudiat utilitzant DYRK1A com a model. Els resultats obtinguts exclouen la unió a l'RNA com a mecanisme de reclutament i concloure que, aquest, ocorre mitjançant la interacció amb proteïnes residents. S'han identificat dues noves proteïnes interactores per a DYRK1A, l'RNA polimerasa II i el factor de transcripció Brn-3b. La fosforilació de DYRK1A sobre el domini C-terminal o CTD de l'RNA polimerasa II suggereix una funció directa de la quinasa en el procés de transcripció o del seu acoblament al processament d'RNAs missatgers. La fosforilació de DYRK1A sobre el domini d'activació de Brn-3b sembla regular positivament l'activitat transcripcional d'aquest factor. Aquests resultats indiquen una funció activa de DYRK1A en la regulació de la transcripció gènica, tant directament sobre la maquinària transcripcional com indirectament, modulant l'activitat de factors de transcripció. PolyHistidine repeats and DYRK1A: from the localization to the functionThe main objective of this thesis work has been to identify new roles for the protein kinase DYRK1A in the cell nucleus. Given that a histidine repeat in DYRK1A targets the protein to the nuclear speckle compartment, this property has been used as a tool to approach the question. The results obtained in this thesis work have allowed proposing homopolymeric histidine runs as a novel and general nuclear speckle-directing signal. Proteins with polyHistidine segments, mostly transcription factors, present a dynamic intranuclear behaviour compatible with a model in which distinct interacting domains compete for recruiting elements within the nucleus. The molecular mechanisms that mediate speckle accumulation have been studied in DYRK1A as a model system. The results allow excluding RNA binding as the recruiting mechanism and concluding that targeting is mediated by interaction with speckle-resident proteins. Two novel DYRK1A interactors have been identified during the study, the RNA polymerase II and the transcription factor Brn-3b. DYRK1A phosphorylation of the C-terminal domain or CTD of the RNA polymerase II suggests a direct role of DYRK1A on transcription or coupling of transcription with RNA processing. DYRK1A phosphorylation of Brn-3b within its activation domain seems to positively regulate Brn-3b transcriptional activity. These results confirm an active role for DYRK1A in gene transcription regulation both direct on the transcriptional machinery and indirect by modulating the activity of transcription factors.