Dans l’étude des GPCRs, il a longtemps été considéré que ceux-ci étaient présents à la membrane sous forme de monomères et que chaque monomère pouvait être activé par un ligand et transmettre le signal grâce à une protéine G. Certains résultats comme des courbes de compétition ou d’activation à deux phases étaient difficilement explicables avec ce modèle 1 ligand, 1 récepteur, 1 protéine G.<p>Ces dernières années, il a été montré via différentes techniques que les GPCRs étaient présents à la membrane non pas sous forme de monomères mais plutôt de dimères, de rangées de dimères voire de multimères. Cette disposition permet plus facilement d’expliquer certains résultats mais complique considérablement le modèle. Un nombre important de nouvelles questions sont posées quant au fonctionnement d’une telle formation de récepteurs. Quelle est l’unité fonctionnelle ?Y a-t-il une communication entre les récepteurs qui forment ces oligomères ?Est-ce qu’un ligand peut activer plusieurs récepteurs, plusieurs protéines G ?Que se passe-t-il quand l’oligomérisation se fait entre des récepteurs différents ?Est-ce qu’un ligand d’un récepteur peut en activer un autre ?Est-ce que la voie d’activation change en fonction du ligand ou du nombre de molécules liées sur un homomère ou un hétéromère? Toutes ces questions sont à prendre en considération lors de l’étude pharmacologique de n’importe quelle drogue car si le récepteur cible hétéromérise avec un autre, la drogue étudiée ne pourrait plus avoir le même effet. Prendre en considération tous ces paramètres peut compliquer considérablement l’étude d’une drogue mais elle pourrait en prévoir précisément certains effets secondaires.<p>Dans cette thèse nous étudions la question de la communication par la coopérativité négative (effet négatif sur l’affinité d’un site de liaison lors de la liaison du ligand sur un l’autre site du dimère). Nous mettons en évidence un lien entre l’activité constitutive d’un récepteur et le niveau de coopérativité négative grâce à des expériences d’accélération de dissociation de ligand traceur. La coopérativité négative observée sur les mutants du récepteur à la TSH les plus constitutifs est quasiment nulle. Nous montrons que cette perte de coopérativité négative provoque un changement de stœchiométrie ligand/récepteur et qu’au lieu de lier un seul ligand par dimère, les mutants les plus constitutifs sont capables d’en lier deux.<p>Malgré nos efforts pour identifier le ou les domaines de communication entre les récepteurs nous n’avons pu les déterminer. C’est pourquoi nous laissons cette question ouverte mais proposons sur base de nos observations et de la littérature, un modèle où la communication entre récepteurs pourrait être expliquée par la liaison de la protéine G au dimère de récepteur.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’objet majeur de cette étude est de contrôler la taille de nanoparticules de matériaux à transition de spin (TS), et d’étudier l’influence d’une réduction de taille sur les propriétés de commutation thermique. Plusieurs voies ont été explorées : La première stratégie basée sur la synthèse d’oligomères puis l’assemblage en unités supérieures s’est révélée difficile due à un manque de réactivité. La deuxième approche a consisté à utiliser le confinement moléculaire au sein d’une nanogouttelette pour synthétiser des oligomères de coordination de quelques nanomètres, et mettre en place une véritable “ingénierie moléculaire” en microémulsion. La dernière partie de ce travail est consacrée à la synthèse de particules à TS d’une centaine de nanomètre en milieu micellaire inverse permettant la discussion de l’influence de la taille des particules sur le comportement coopératif. / The main aim of this following study is to control the size of spin crossover nanoparticles, and investigate the influence of size reduction on thermal switch properties. The research has been undertaken along several approaches : Firstly a strategy was developed to build higher dimensionality from synthesized oligomers which revealed difficulties relevant to reactivity. The second approach consisted of using the molecular containment in a nanodrop to synthesize nanometric coordination oligomers and establish a real “molecular engineering” in microemulsion. The last part of this work is devoted to the synthesis of particles with spin crossover property as big as 100 nm in reverse micellar medium allowing the discussion of the interplay of their size with respect to the cooperative behaviour.

Ce travail a porté sur la synthèse et l'étude de nanoparticules à transition de spin du réseau tridimensionnel Fe(pyrazine)[Pt(CN)4]. L'objectif principal de ce travail était d’étudier l’effet de l'environnement (matrice) sur les propriétés de transition de spin des nanoparticules de Fe(pyrazine)[Pt(CN)4]. Dans un premier temps, la synthèse en microémulsion et l’étude de quelques paramètres permettant de varier la taille des particules ont été menées. La morphologie de deux tailles de particules a été étudiée en particulier par tomographie électronique. Les propriétés des particules de Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] de 10 nm récupérées sans enrobage sont présentées et révèlent une coopérativité comparable au composé massif. L’étude a ensuite été poursuivie en modifiant uniquement l'environnement des particules en gardant les autres paramètres (taille, composition, forme) constants. Des particules de Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] de 10 nm ont été protégées par différentes molécules telles qu’un dérivé calix-8-arène comportant des pyridines, le para-nitrobenzylpyridine (pNBP), un polymère (PVP) ou encore par croissance par voie sol-gel d’une coquille de silice de différentes épaisseurs. L’effet de l’environnement des nanoparticules sur les propriétés de transition de spin a été mis en évidence de manière très claire et la compressibilité de la matrice a été proposée comme élément permettant de moduler cette coopérativité. Par ailleurs, l'influence de la nature du réseau inorganique modifié par insertion d’iode dans le réseau de Fe(pyrazine) [Pt(CN)4] des nanoparticules a été étudiée, afin d’augmenter la température de transition autour de l’ambiante. Un effet particulièrement important été observé sur la coopérativité de la transition de spin des particules enrobées. Les résultats ont été discutés dans le contexte de récentes études de modélisation. / This work is focused on the synthesis and study of the spin crossover nanoparticles of 3D Fe (pyrazine) [Pt(CN)4] network. The main objective of this work was to study the environment (matrix) effects on the spin crossover (SCO) behavior of the Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] nanoparticles. At first, microemulsion synthesis and study of some parameters affecting the size of the particles have been conducted. The morphology of particles of two sizes has been studied in particular using Electron Tomography. The properties of the 10 nm Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] particles recovered without coating are presented and reveal cooperativity comparable to the bulk compound. The study was followed by changing only the environment and keeping other parameters (size, composition, shape) constant. 10 nm Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] nanoparticles were protected by different molecules such as a derivative of calix-8-arene having pyridine groups, para-nitrobenzylpyridine (pNBP), a polymer (PVP) or a silica shell of different thicknesses grown via sol-gel process. The effect of the environment of nanoparticles on the spin transition properties has been demonstrated very clearly and the compressibility of the matrix has been proposed as an element to modulate the cooperativity. In addition, the influence of the nature of the inorganic network modified by insertion of iodine in the network Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] nanoparticles has been studied to increase the transition temperature around ambient temperature. A particularly significant effect was observed on the cooperativity of the spin transition of the coated particles. The results were discussed in the context of recent modelisation studies.

L'objet majeur de cette étude est de contrôler la taille de nanoparticules de matériaux à transition de spin (TS), et d'étudier l'influence d'une réduction de taille sur les propriétés de commutation thermique. Plusieurs voies ont été explorées :<br />La première stratégie basée sur la synthèse d'oligomères puis l'assemblage en unités supérieures s'est révélée difficile due à un manque de réactivité. La deuxième approche a consisté à utiliser le confinement moléculaire au sein d'une nanogouttelette pour synthétiser des oligomères de coordination de quelques nanomètres, et mettre en place une véritable “ingénierie moléculaire” en microémulsion. La dernière partie de ce travail est consacrée à la synthèse de particules à TS d'une centaine de nanomètre en milieu micellaire inverse permettant la discussion de l'influence de la taille des particules sur le comportement coopératif.

De nombreux travaux ont été dédiés ces dernières années aux matériaux à transition de spin qui présentent des potentialités pour le stockage de l'information en raison de leurs propriétés physiques commutables : métastabilité thermique et optique. Ce travail est relatif au mécanisme photo-induit dans les systèmes à transition de spin et, plus précisément, à l'étude des effets de dilution sur la température LIESST. L'objectif principal est de mieux cerner les paramètres qui gouvernent T(LIESST). Diverses études expérimentales ont été réalisées sur des composés mononucléaires 0D, polymériques 1D et polynucléaires. L'analyse de l'ensemble des propriétés photomagnétiques a permis de montrer que T(LIESST) est indépendant de la dilution et suggère que cette grandeur est gérée par la molécule et dépend très peu des interactions intermoléculaires.

Ce travail de thèse est consacré à l'élaboration de composés à transition de spin et l'étude de leurs propriétés induites par irradiation lumineuse ou par une variation de la température. L'induction à l'état solide de la transition de spin par la lumière, via les effets appelés Light-Induced Excited Spin State Trapping (LIESST) et Ligand Driven Light-Induced Spin Change (LD-LISC)) a été étudiée. La préparation de nanoparticules et leur mise en forme ont été ensuite développées à partir de composés à transition de spin de nature moléculaire, puis leurs propriétés de commutation ont été examinées. Deux familles de matériaux aux propriétés optimisées pour l'étude du mécanisme de photo-conversion par effet LIESST aux temps ultra-courts ont été examinées et les premiers résultats de mesures résolues en temps sont présentés. Par ailleurs, l'étude de l'effet photomagnétique LD-LISC a été menée avec les composés de FeII(stpy)4(NCSe)2 (stpy = 4-styrylpyridine, ligand photo-isomérisable), soit en dispersant les composés dans une matrice polymérique, soit à l'état cristallin. L'influence du milieu sur la photo-réactivité du composé a été démontrée et, dans le solide cristallin, une isomérisation unidirectionnelle du ligand stpy via un mécanisme original mettant en jeu des états excités MLCT a été mise en évidence. Le développement de méthodes originales permettant la préparation de nanoparticules à transition de spin à partir de composés moléculaires a été effectuée. Tout d'abord, la chimie sol-gel a été utilisée afin d'obtenir des nano-objets dispersés dans un film mince de silice. Cette approche élégante a permis un bon contrôle de la taille des objets et l'obtention de solides de bonne qualité optique, dans lesquels une conversion thermo- et photo-induite a été observée avec le composé [FeII(mepy)3tren](PF6)2. Une autre méthode de synthèse, consistant en la précipitation rapide d'objets, éventuellement limitée par la présence de polymère a été appliquée avec succès à l'étude de plusieurs composés moléculaires à transition de spin. Avec le composé [FeIII(3-OMeSalEen)2]PF6, des objets de taille contrôlée ont été synthétisés et, de manière remarquable, un effet, relativement faible, de la réduction de taille sur la coopérativité a été observé. Enfin, l'étude de microcristaux FeII(phen)2(NCS)2, a permis de démontrer de manière indiscutable que la présence de polymère enrobant les objets pouvait influer sur leur transition thermo- et photo-induite en induisant des contraintes au niveau des particules.

Ce manuscrit présente la synthèse et la caractérisation de deux nouvelles familles de complexes mononucléaires, [Fe(L)2(NCS)2] et [Fe(L)(H2B(pz)2)2], montrant des propriétés bistables. L’étude des structures cristallographiques a permis de discuter l’influence de l’élongation des ligands L sur le réseau cristallin et sur les contacts intermoléculaires ainsi que l’existence de corrélations structures / propriétés. Enfin, la dernière partie de ce travail est consacrée à l’élaboration de façon contrôlée d’objets à transition de spin à l’échelle nanométrique, sous la forme de films déposés par sublimation et de nanoclusters synthétisés en milieu confiné. / This thesis presents the synthesis and characterization of two new families of mononuclear complexes, [Fe(L)2(NCS)2] and [Fe(L)(H2B(pz)2)2] showing bistable properties. The crystallographic studies allowed us to discuss the influence of the elongation of the ligands L on the crystal lattice, intermolecular contacts and the existence of structure / properties correlations. The final part of this work shows the controlled synthesis of spin crossover objects at the nanometric scale as thin films prepared by sublimation and nanoclusters synthesized in confined media.

This work deals with the different manifestations of cooperativity in pedopsychiatry in connection with severe disorders in adolescence such as suicide attempts and runaways, and developmental processes in early childhood. Our principal hypothesis is that cooperativity, nonlinearity and the resulting feedback loops underlie the appearance of suicidal peaks, the transitions between different mental states in a population of susceptible, suicidal and runaway individuals, or finally the selfish to egalitarian transition in young children. The principal methodology put forward is mathematical modeling, which allows one to identify the principal mechanisms present, to assess the role of the environmental constraints and to make predictions. This provides in turn insights on possible prevention, managemant and therapy strategies. Using this approach we have shown that suicide contagion can take an explosive form that is dramatically accelerated by the presence of virtual contacts as it happens, in particular, in communication via the Internet. Different scenarios have been explored, inspired by typical cases encountered in clinical practice when taking in charge adolescents in crisis. Regarding the population of susceptible, suicidal and runaways, a model has been developed whose analysis shows that depending on the parameter values and the size of the initial population the system can evolve toward states where the populations of the suicidal and of the runaways are negligible or, on the contrary, reach appreciable values. Finally, we have shown that in absence of interactions between individuals the selfish to egalitarian transition in children occurs gradually, whereas in the presence of cooperativity the transition is more abrupt. Our results suggest that when taking in charge adolescents in a state of risk contagion and transition between mental states must be recognized as additional iatrogenic risks, which can be minimized by privileging small non-mixed groups. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’utilisation de siRNA est une nouvelle approche thérapeutique très prometteuse. Néanmoins leur transfection à visée thérapeutique est un réel défi. Les obstacles à franchir pour élaborer des agents de transfection sûrs et fiables sont nombreux. Afin de les contourner nous nous sommes attachés à la construction d’un système dynamique qui, à l’image des virus, est constitué de briques moléculaires, s’emboitant et interagissant avec des acides nucléiques selon des interactions supramoléculaires. Ainsi, nous avons élaboré des polymères supramoléculaires polycationiques à base de monomères de cyclodextrines pontées, fonctionnalisées par un groupement adamantyle. Ce type de conjugué pallie un problème manifeste dans la littérature concernant les assemblages de β-CD souvent insolubles ou bien auto-inclus. L’ajout éventuel d’une autre fonction cationique pour améliorer l’interaction avec les siRNA a aussi été réalisé. Ainsi, la capacité à s’auto-assembler de quatre composés a été étudiée par RMN-1H, RMN-ROESY, ITC, RMN-DOSY, et SANS. Par ailleurs, ces composés ont montré une certaine capacité à complexer et à protéger les siRNA. L’un de ces composés a de plus montré une bonne aptitude à transfecter des siRNA in vitro, sans induire de toxicité. Les assemblages CD-siRNA ont finalement été observés par cryo-TEM et ont montré la formation de fibres, organisées de manière hiérarchique et hautement coopérative. Nous avons ainsi créé des assemblages supramoléculaires uniques à base d’acides nucléiques, rappelant la structure, la taille et la fonction d’un virus. / SiRNA based therapeutics are very promising. A key challenge for their development is the design of sophisticated, safe and effective delivery methods. To address all the biological obstacles for the conception of such therapeutics, we focused on the construction of a virus-like dynamic system, built with molecular bricks, able to self assemble and to interact with nucleic acid through supramolecular interactions. Bridged cyclodextrin based supramolecular polymers were developed to form host-guest interactions. To do so, cyclodextrins were conjugated with cationic and hydrophobic moiety in a spatially controlled way. These conjugates solved problems well known in the literature about the self-inclusion and the solubility in water of such molecules. The ability to self-assemble of 4 compounds were studied by RMN-1H, RMN-ROESY, ITC, RMN-DOSY and SANS. All these compounds showed a good capability to complex and protect siRNA. Moreover, one of these compounds is able to transfect siRNA in vitro without any toxicity, and therefore, to induce gene silencing. Assembly of CD and siRNA were finally observed by cryo-microscopy, which showed long fibres organised in a hierarchical and cooperative manner. This unique system is therefore strongly reminiscent of the structure, size and function of a virus.

Les films de simulations qui accompagnent le document ont été réalisés avec Pymol. / Les protéines accomplissent leur fonction dans la cellule grâce à leur faculté de changer de forme. Chaque classe de protéines peut se caractériser par une structure spécia- lisée partagée par ses membres avec un certain degré de variabilité. Tel est le cas des protéines à motifs mains-EF, qui se transforment en liant et déliant l ’ion calcium. Ce motif permet à la Troponin C de s’ouvrir et se refermer afin de moduler le mécanisme de contraction des fibres musculaires. Un mécanisme similaire permet à la Calmoduline de gérer l’activité de divers canaux cellulaires. Les techniques de simulations numériques peuvent aider à comprendre les trajectoires de ces transformations. Le projet principal de cette thèse consistait à développer une méthode informatique multi-échelle permettant de simuler des mouvements complexes à l’intérieur d ’une protéine. La représentation multi-échelle développée peut changer et s’adapter en cours de simulation. La méthode, ART holographique, explore l’espace en générant des basculements d’ensembles atomiques, selon des champs de force atomistiques non biaisés indiquant à tout moment comment les ensembles doivent pivoter. La méthode réduit le calcul des fluctuations locales mais conserve une représentation spatiale complète. La représentation multi-échelle est combinée à une technique de recherche de passages de transition énergétiquement favorables, ART nouveau, qui conduit la trajectoire moléculaire d ’étape en étape. Appliquée à plusieurs protéines, dont la Calmodulin et la Troponin C, ART holographique génère des trajectoires de transformation entre des conformations distantes de celles-ci, déjà connues grâce aux techniques de RMN ou de cristallographie. L’usage d ’une représentation spatiale complète tout au long de la simulation favorise le discernement de certains détails des mécanismes. Le rôle, l’ordre d ’intervention, ainsi que la coopérativité de certains résidus et structures impliqués dans le mécanisme des paires main-EF ont été explorés plus en détail et un état intermédiaire est proposé. / Proteins accomplish their function inside cells by means of conformational changes. Each protein class may be characterized by a specialized structure shared by its members with some variability. EF-hands proteins present a special motif which transforms itself while binding or unbinding the calcium ion. This structure allows Troponin C domains to open and close as it modulates the muscular fibers contraction. A similar mechanism allow Calmodulin to manage the activity of a diversity of protein channels. Computational techniques may help discover how these transformations occur. The main project of this thesis was the development of a multi-scale computational method for the simulation of complex motions inside a protein. The multi-scale approach is designed to adapt and change all along the simulation. The method, holographic ART, explore conformational space by generating swiveling and rotation of atomic ensembles, leaded by non biased atomistic forcefields. This determines at each step the overall motion, keeping a complete spatial representation, but with minimal local fluctuations computation. The multi-scale representation is combined with a unbiased open ended algorithm for identifying transitions states, ART nouveau, which guides the molecular trajectory from state to state. Applied to several proteins, the method was able to generate transforma- tion trajectories between distant conformations known from NMR and crystallography techniques. The use of a complete spatial representation throughout the simulation allows the method to capture atomistic details of each event. The purpose, the intervention order, as well as cooperativity between some residues and sub-structures involved in the EF-hand pair mechanism have been explored more in detail and an intermediate state is proposed.