Une caractéristique essentielle du mécanisme catalytique des ALDH est l'importance de la flexibilité et de la dynamique conformationnelle dans le site actif, incluant les chaînes latérales de résidus, le substrat, et le cofacteur. Ma thèse a permis d'identifier des bases responsables de la reconnaissance du rétinal contrôlant la biosynthèse de l'acide rétinoïque dans les RALDH. J'ai ensuite pu suivre le basculement du cofacteur réduit en utilisant le FRET, ce qui m'a permis d'établir un modèle cinétique pour déterminer la constante de vitesse associée à cette étape. Enfin, les résultats obtenus pour identifier les bases moléculaires responsables de la dissociation tardive ou précoce du cofacteur réduit ont montré que le mode de stabilisation du cofacteur est à l'origine de cette différence entre ces deux familles d'enzymes / An essential feature of the catalytic mechanism of ALDH is the importance of flexibility and conformational dynamics in the active site, including the side chains of residues, substrate and cofactor. My thesis has identified bases responsible for the recognition of retinal controlling biosynthesis of retinoic acid in RALDH. I was then able to follow the flip of the cofactor reduced by using FRET, which allowed me to develop a kinetic model to determine the rate constant associated. Finally, the results obtained to identify the molecular basis responsible for late or early dissociation of the reduced cofactor showed that the mode of stabilization of the cofactor is the origin of this difference between these two families of enzymes

Les récepteurs métabotropes au glutamate (mGluR) sont des RCPG de classe C. Ils sont exprimés dans le système nerveux central où, suite à l'activation par le glutamate, ils participent à la modulation de la transmission nerveuse. En raison de leur rôle essentiel dans la régulation de l'activité synaptique, ils représentent des cibles potentielles pour le développement de médicaments contre les troubles neurologiques et psychiatriques telles que la schizophrénie, l'épilepsie, l'anxiété et la douleur. Mon projet de recherche de doctorat a porté sur l'étude du mécanisme d'activation du domaine extracellulaire de liaison au ligand du mGluR (ECD), avec un accent particulier sur ce qui différencie au niveau moléculaire un agoniste partiel d'un agoniste total. A cette fin, j'ai utilisé une méthode innovante à l'échelle de la molécule unique appelée Transfert d'Energie par Résonance de Forster, développé pour l'étude de la dynamique conformationnelle des molécules individuelles à l'échelle de la nanoseconde. J'ai réussi à montrer que le dimère d'ECD oscille entre une conformation active et une conformation de repos sur une échelle de temps de ~100μsec et que les ligands influencent les vitesses de transition entre ces états avec des vitesses intermédiaires pour les agonistes partiels. Ces résultats sont validés par l'utilisation de mutants spécifiques et indiquent clairement que le rôle des ligands n'est pas de stabiliser une conformation donnée mais de modifier le comportement dynamique du récepteur. L'ensemble de ces résultats contribuent à une meilleure description du mécanisme d'activation des mGluRs, et ouvrent potentiellement la voie à la compréhension des RCPG en général. / Metabotropic Glutamate Receptors (mGluRs) are class C GPCRs, expressed throughout the central nervous system. They participate in the long term modulation of neural transmission following activation by the excitatory neurotransmitter glutamate. This critical role in the regulation of synaptic activity makes them promising targets in the development of drugs for the treatment of various neurologic and psychiatric disorders such as schizophrenia, epilepsy, anxiety and pain relief. My Ph.D. research project has focused on the study of the activation mechanism of the mGluR extracellular ligand binding Venus-Flytrap domain (VFT), with particular emphasis on the differences between partial and full agonists on a molecular level. To this aim, I have used a state-of-the-art single molecule Förster Resonance Energy Transfer (smFRET) approach, developed for the study of conformational dynamics of single molecules on the nanosecond to millisecond timescale. I have managed to show that the VFT-dimer constantly oscillates between an active and a resting conformation on a ~100µsec timescale. I also discovered that the role of ligands is to influence the transition rate between these boundary states, and that partial agonists display intermediate transition rates. My results, supported by the use of specific mutants, clearly indicate that the role of ligands is not to stabilize a given conformation but to modify the overall dynamic of the receptor, which favors a conformational selection mechanism. Altogether, these results represent a most-valuable contribution to the better understanding of the activation mechanism of mGluRs, and potentially GPCRs in general.

La connaissance des propriétés structurales et physico-chimiques des biomolécules passe par une compréhension fine des interactions intra et inter-moléculaires. L'abondance des données à traiter et l'importance des enjeux socio-économiques nécessitent actuellement la mise en place de moyens d'analyse à haut débit, tels que la recherche in silico. Les algorithmes développés jusque-là demeurent cependant peu satisfaisants, particulièrement pour le traitement de la flexibilité conformationnelle des macromolécules. Nous proposons dans cette thèse une nouvelle méthode, les Modes Statiques, afin d'obtenir un algorithme prenant en compte la flexibilité totale du système. Cette approche, fondée sur le concept de déformations induites entre deux macromolécules en interaction, vise à déterminer tous les modes de déformation possibles d'une molécule. Chaque déformation, appelé Mode Statique, résulte d'une excitation extérieure sur un atome de la biomolécule. Ces modes sont calculés en fonction des constantes de force contenues dans le modèle énergétique. Ils sont ensuite stockés pour des utilisations futures, du docking en particulier. Le problème du docking se réduit alors à des interaction entre sites, les déformations moléculaires émanant des Modes Statiques pré-calculés. Ce travail a donné lieu au développement d'un code, Flexible, dont nous présentons les premières applications aux propriétés de diverses molécules uniques : des polymères thermosensibles aux enzymes allostériques, en passant par les acides nucléiques.

De nombreux composés naturels bioactifs incluent dans leur squelette complexe un motif spiroacétalique. Des spiroacétals modèles avec une activité antitumorale ont été décrits. La présence d'un atome d'azote peut amplifier cette activité, nous avons étudié la classe originale des spiroaminoacétals. Nous avons mis au point une synthèse énantiosélective de spirohétérocycles qui module : la taille des cycles et leur structure azotée ou oxygénée. Notre stratégie utilise une étape-clé d'alkylation itérative de l'acétone diméthylhydrazone "one-opt" par des synthons iodés polyfonctionnalisés, suivie d'une déprotection-spirocyclisation. Son efficacité a été illustrée par la synthèse des 1,7-dioxaspiro[5;5]undécane, 1.7dioxaspiro[5.5]undécane-3-ol, 1,6-dioxaspiro[4.5]décanes et aza-1-oxaspiro[5.5] undécane. Les séries 6-aza -1 - oxaspiro[4.5]décane et 7-aza-1-oxaspiro[5.4]décane ont été explorées. Les analyses structurales (RMN, modélisation moléculaire) ainsi que les premiers tests biologiques (cellules cancéreuses) sont présentés

La radiothérapie fait partie des traitements à visée curative des tumeurs malignes. Les techniques de radiothérapie ont considérablement évolué ces dernières années avec l' intégration croissante de l'imagerie en radiothérapie conformationnelle. Cette technique permet d'élaborer une balistique complexe se conformant le mieux possible au volume cible en préservant les tissus sains. L'examen utilisé pour la définition des volumes d'intérêt est actuellement la tomodensitométrie ou « scanner » en raison de son exactitude géométrique et de l'information donnée sur les densités électroniques utilisées pour les calculs dosimétriques. L'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) permet cependant une définition plus précise des volumes cibles dans les localisations pelviennes et cérébrales. Dans le cadre des localisations pelviennes, l'utilisation de l'IRM passe à l'heure actuelle par la fusion d'images, ce qui complexifie la phase de préparation du traitement et pose le problème de l'absence de méthode « standard » de validation in vivo de cette fusion d'images. Nous avons évalué les contraintes posées par l'utilisation de l'IRM seule dans la planification dosimétrique. Nos résultats montrent que ni la distorsion liée au système et au patient ni l'absence d'informations sur les densités électroniques ne représentent des obstacles rédhibitoires à l'utilisation de l'IRM seule dans ce contexte. La distorsion reste contenue y compris en bordure de grands champs de vue sur des machines modernes. Nous avons montré que l'assignation de densités aux structures osseuses et aux tissus mous permettait d'obtenir une dosimétrie équivalente à celle réalisée sur le scanner original avec une bonne reproductibilité et une répartition de dose homogène au sein du volume cible. L'assignation de densités électroniques pourrait même ne pas être réalisée avec des photons de 20 MV et une balistique appropriée. Le développement de la radiothérapie guidée par l'image pourrait faciliter l'utilisation de l'IRM seule dans la planification dosimétrique. La délinéation des volumes d'intérêt est une tâche nécessitant de plus en plus de temps. Nous avons participé au développement et évalué une méthode de segmentation automatique et semi automatique des volumes d'intérêt d'après des images IRM pour la radiothérapie du cancer prostatique. La délinéation automatique de la prostate repose sur un modèle d'organe déformable; une méthode par extension de régions a été utilisée pour la délinéation du rectum et de la vessie. Nos résultats sont reproductibles et le retentissement dosimétrique de la délinéation automatique est minime.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Automatique et Informatique industrielle : Lille 1 : 2004. / N° d'ordre (Lille 1) : 3510. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. f. 142-158. Liste des publications.

Les glycoprotéines virales sont impliquées dans les deux principales étapes d’entrée des virus enveloppés dans leurs cellules hôtes : l’attachement des virus aux récepteurs cellulaires et la fusion des membranes virale et cellulaire. Je me suis d’abord attachée à l’étude structurale de la principale glycoprotéine, E2, de deux hépacivirus : la forme B du virus GB (GBV-B) et le virus de l’hépatite C (HCV). Mes tentatives de cristallisation de l’ectodomaine de la protéine E2 du GBV-B sont restées vaines, mais l’analyse des propriétés de ses fragments a suggéré un rôle de son extrémité C-terminale dans la liaison à son récepteur. En parallèle, j’ai co-cristallisé un peptide synthétique correspondant à la principale boucle de liaison de E2 à son récepteur, avec un fragment d’anticorps dirigé contre cette boucle. Etonnament, le peptide forme une hélice , en nette contradiction avec la conformation étendue adoptée dans un fragment du cœur de E2. Associé à des données biochimiques, cela suggère une flexibilité inattendue de cette région de l’ectodomaine d’E2. Dans un second temps, je me suis intéressée à la glycoprotéine F des baculovirus. J’ai résolu la structure du trimère d’un fragment tryptique de F dans sa conformation post-fusion. Cette structure a validé une prédiction selon laquelle la protéine F était une protéine de fusion de classe I homologue à celle des paramyxovirus. La protéine F des baculovirus est ainsi le premier exemple d’une protéine de fusion de classe I encodée par un virus à ADN. Mes résultats confortent donc l’hypothèse que toutes les protéines F ont un ancêtre commun et suggèrent un lien évolutif intéressant entre les virus à ADN, à ARN et leurs hôtes. / Viral glycoproteins are responsible for the two major steps in entry into host cells by enveloped viruses: 1) attachment to cellular receptor/s and 2) fusion of the viral and cellular membranes. My thesis concentrated first on the structural analysis of the major envelope glycoprotein E2 of two hepaciviruses: GB virus B (GBV-B) and hepatitis C virus (HCV). Crystallization of the GBV-B E2 ectodomain remained unsuccessful, but the characterization of truncated versions of E2 suggested an important role of its C-terminal moiety in receptor binding. In parallel, I co-crystallized a synthetic peptide mimicking HCV E2 with an antibody fragment directed against the major receptor-binding loop of E2 that is targeted by broadly neutralizing antibodies. The structure unexpectedly revealed an α-helical peptide conformation, which is in stark contrast to the extended conformation of this region observed in the structure of an E2 core fragment. Together with further biochemical evidence this suggests an unanticipated structural flexibility within this region in the context of the soluble E2 ectodomain. Secondly, I focused on the structural analysis of the baculovirus glycoprotein F. I determined the crystal structure of the post-fusion trimer of a trypsin-truncated F fragment. This structure confirmed previous predictions that baculovirus F protein adopts a class I fusion protein fold and is homologous to the paramyxovirus F protein. Baculovirus F is therefore the first class I fusion protein encoded by a DNA virus. My results support the hypothesis that F proteins may have a common ancestor and imply interesting evolutionary links between DNA and RNA viruses and their hosts.

Le motif spiroacétal constitue une partie du squelette de nombreux produits naturels possédant des activités biologiques variées. Récemment, de nouveaux spiroacétals de synthèse incorporant un hétéroatome supplémentaire en bêta du carbone spiranique et possédant des activités biologiques intéressantes, ont été décrits. Nous avons mis au point une synthèse efficace et modulable de spiroacétals originaux possédant des hétéroatomes (oxygène, soufre, azote) en position 4 et 10 du squelette 1,7-dioxaspiro[5.5]undécane. Elle repose sur une étape clé de déprotection-spirocyclisation d'une cétone masquée obtenue par substitution nucléophile du 1,3-dichloropropanone O-benzyloxime par des précurseurs issus du solkétal. Ainsi nous avons préparé les motifs 4,10-dioxa-, 4,10-dithia-, 4-thia-10-oxa-, 10-aza-4-thia- et 10-aza-4-oxa-1,7-dioxaspiro[5.5]undécanes, pour lesquels une étude structurale complète a été effectuée par RMN. Une première approche du motif 4,10-diaza- est également présentée

Depuis le début des années 1990, la chimie combinatoire dynamique a proposé une stratégie efficace pour la conception de nouveaux récepteurs spécifiques. En utilisant cette approche pour la reconnaissance de modifications post-traductionnelles de protéines, nous avons pu identifier par sérendipité puis isolé deux récepteurs potentiels d’acides aminés aromatiques, sensibles à la polarité du résidu le plus proche. Basés sur les conclusions de cette première étude, nous avons développé une nouvelle famille moléculaire d’analogues dynamiques polyfonctionnels des pillararènes : les dynarènes. Après avoir développé les voies de synthèse menant à l’obtention des briques constitutives, les premières études en chimie combinatoire dynamique nous ont permit de valider l’utilisation de ces briques pour la création de récepteurs multivalents, possédant une taille de la cavité ou de la couronne fonctionnelle optimale. En développant des synthèses efficaces à l‘échelle du gramme de ces nouveaux récepteurs moléculaires, nous avons enfin pu étudier la dynamique conformationnelle des objets. / Since the nineties, Dynamic Combinatorial Chemistry (DCC) has proven to be an efficient approach to design receptors capable of specific molecular recognition. Using this strategy for protein post-translational modification recognition, we serendipitously identified then isolated two potential aminoacids receptors, which are sensitive to the polarity of the nearest neighbor. On the basis of this preliminary study, we developed a new molecular family of multifunctional dynamic pillararene-like: the dynarenes. After the development of new synthetic routes to obtain constitutive building blocks, first studies in DCC allowed us to validate the use of such building blocks for multivalent receptor design, with optimized size and function. By developing efficient gramme-scale syntheses of new receptors, we study the conformational dynamics of the new compounds.

L'objectif de notre thèse est de contribuer à une meilleure délimitation de la forme et de l'extension de tumeurs intracrâniennes afin de pouvoir mieux les traiter par radiothérapie conformationnelle. Plusieurs approches ont été utilisées. Par une étude anatomo-pathologique autopsique, nous avons pu démontrer que les métastases cérébrales de plusieurs types de tumeurs s'étendent au moins 1 mm au-delà de leur bord macroscopiquement visible. Les métastases de tumeurs pulmonaires à petites cellules sont celles pour lesquelles nous observons la plus grande extension. En utilisant des techniques de spectroscopie et de l'imagerie par RMN, nous avons observé que des discordances existent dans 47% des voxels examinés. Le plus souvent, l'image apparaît pathologique en RMN et normale en spectroscopie, peut-être en raison d'un oedème périlésionnel important. Une troisième approche a été l'analyse comparative de l'extension de méningiomes intracrâniens par la RMN et par une nouvelle méthode d'imagerie métabolique (PET scan à un acide aminé marqué au fluor 18). Tous les méningiomes sont bien visualisés par le PET scan. Une concordance complète entre image de RMN et de PET scan est observée dans 54% des cas, l'image est plus étendue en PET scan dans 38 % des cas et la situation inverse est observée dans 8% des cas. Enfin, nous avons validé toute la chaîne de traitement en radiochirurgie sur des neurinomes de l'acoustique. Nous obtenons des résultats cliniques comparables à ceux de grandes séries publiées. En conclusion, nos travaux montrent que l'image anatomique seule (la RMN) est insuffisante pour délimiter la plupart des tumeurs intracrâniennes et que des méthodes complémentaires (spectroscopie, imagerie dite métabolique) sont nécessaires pour la préparation au traitement par radiothérapie de précision.