L’ostéoporose liée à l’âge se caractérise par une perte osseuse et une augmentation de l’adiposité médullaire tout en s’accompagnant d’un stress oxydant général. L’ostéoblaste et l’adipocyte ont un précurseur commun, la cellule souche mésenchymateuse (CSM), dont la capacité à se renouveler et à se différencier est influencée par le statut redox cellulaire. Le Strontium (Sr) est un élément possédant un effet antifracturaire significatif in vivo cependant, il n’affecte que peu les marqueurs d’activités des cellules osseuses différenciées. Partant de ce constat, nous avons émis l’hypothèse que les CSMs pouvaient être une cible cellulaire du Sr, et notamment que l’inhibition de leur différenciation adipocytaire pouvait diminuer la lipotoxicité médullaire néfaste à la survie des ostéoblastes au cours du vieillissement. Nous montrons chez des souris traitées 3 semaines au Sr une diminution de l’adiposité médullaire et une augmentation du volume osseux trabéculaire par rapport aux animaux témoins. Nos résultats démontrent que le Sr inhibe rapidement l’adipogenèse des cellules multipotentes mésenchymateuses (CMMs) C3H10T1/2 en réprimant PPARγ2 et l’accumulation des gouttelettes lipidiques de façon partiellement dépendante de la voie ERK. Ce mécanisme serait dépendant de son effet proliférateur puisque que nous observons qu’en présence de Sr plus la Cycline D1 est exprimée, plus PPARγ2 est réprimé. De plus, le Sr prévient la mise en place de processus impliqués dans le statut redox cellulaire et nécessaires à la maturation d’un adipocyte comme la biogenèse mitochondriale, l’accumulation de Rac1 (une sous unité régulatrice de l’activité de la Nadph oxydase) et l’augmentation de l’expression des enzymes antioxydantes. Nous montrons aussi que le Sr diminue la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) de façon précoce ce qui pourrait expliquer son action anti-adipogénique. En effet, les ERO sont indispensables à l’engagement des CSMs vers l’adipogenèse et elles oxydent des lipides qui sont alors activateurs de PPARγ. L’ensemble de ces données nous montre que le Sr, en modifiant la production d’ERO intracellulaire, maintiendrait un statut redox favorable à la prolifération des CMMs et défavorable à leur différenciation adipocytaire. Ainsi la capacité antioxydante et antiadipogénique de futures molécules pourraient définir de nouvelles approches dans le traitement de l’ostéoporose / Age-related osteoporosis is associated with both an increased marrow adiposity while bone mass decreased and an increased oxidative stress. Mesenchymal stem cells (MSCs) differentiate into osteoblasts or adipocytes and their capacity of self-renewal and differentiation is influenced by cell redox status. Strontium (Sr) have an anti-fracture effect in vivo however, it doesn’t clearly modulate markers of mature bone cell activities. Starting from this observation, we hypothesized that MSCs could be a cellular target of Sr, and particularly the inhibition of their adipocyte differentiation could reduce the marrow lipotoxicity which is deleterious for the osteoblast survival during aging. Our study showed that Sr-treated mice presented a lower medullary adiposity and a higher trabecular bone volume as compared to control animals. It was demonstrated that Sr rapidly inhibited adipogenesis of multipotent mesenchymal cells (MMCs) C3H10T1/2 by repressing PPARγ2 and droplet lipid formation in a partially ERK-dependant pathway. This mechanism was linked to its proliferative effect since in presence of Sr the higher Cyclin D1 gene expression; the lower was that of PPARγ2. Moreover, Sr prevented the establishment of processes involved in the cell redox status and necessary for the adipocyte maturation such as mitochondrial biogenesis, Rac1 protein accumulation (a NADPH oxidase regulatory subunit) and increase of the antioxidant enzyme expression. Sr also induced intracellular reactive oxygen species (ROS) decrease that could explain its anti-adipogenic action. Indeed, ROS are essential for the CSM commitment toward adipogenesis and they oxidize lipids which could in turn activate PPAR. Taken together, these data showed that Sr by modulating the intracellular ROS production maintained a redox status supporting the MMCs proliferation and preventing adipocyte differentiation. Thus, the antioxidant and anti-adipogenic capacities of future molecules could define new therapeutic approaches for osteoporosis treatment

La radiothérapie est utilisée seule ou en association avec la chimiothérapie dans le traitement de plus de 50% des cancers. En dépit des nombreux progrès dans le but d’améliorer le rapport bénéfice/risque, l’irradiation est à l’origine de nombreux effets secondaires. Une des origines connues des cancers de la thyroïde est l’exposition pendant l’enfance aux radiations ionisantes, soit accidentelles, soit suite à un traitement par radiothérapie externe pour une autre pathologie. Les mécanismes par lesquels les radiations ionisantes provoquent l’apparition d’un cancer de la thyroïde sont nombreux et encore incomplètement connus. Les radiations ionisantes sont des agents génotoxiques qui induisent des dommages au niveau de l’ADN telles que des cassures et des aberrations chromosomiques. Bien que les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne soient pas complètement compris, il est généralement admis que les radiations ionisantes induisent des dommages à l’ADN soit de manière directe soit de manière indirecte en générant des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Durant ma thèse, nous avons étudié le rôle des ROS produit lors de l’irradiation dans la génération des dommages à l’ADN dans les cellules thyroïdiennes. Nos résultats montrent que les ROS produites après irradiation participent à la formation des réarrangements chromosomiques RET/PTC1 retrouvés dans 70% des cancers papillaires radioinduits. Les ROS engendrées par la radiolyse de l’eau ont une durée de vie extrêmement courte ce qui limite leur diffusion. Néanmoins, par des mécanismes redox, ils provoquent des modifications au niveau cellulaire qui conduisent à leur tour à l’activation de systèmes générateurs de ROS, parmi lesquels on trouve les NADPH oxydases. Nos résultats montrent que l’irradiation induit l’expression de la NADPH oxydase DUOX1 via la sécrétion d’IL-13, plusieurs jours après l’exposition aux radiations ionisantes. L’inactivation de DUOX1 par ARNs interférents diminue de manière significative les dommages de l’ADN observés plusieurs jours après irradiation. Ces résultats suggèrent un rôle de DUOX1 dans le stress oxydatif chronique qui contribue à l’instabilité génétique. / Radiotherapy is used alone or in combination with chemotherapy to treat over 50% of cancers. Despite much progress in order to improve the benefit / risk ratio, the radiation causes many side effects. One of the known origins of thyroid cancer is exposure during childhood to ionizing radiation, either accidentally or as a result of external radiation therapy for another disease. The mechanisms by which ionizing radiation causes the appearance of thyroid cancer are numerous and not yet fully known. Ionizing radiations are genotoxic agents that induce DNA damage such as breaks and chromosomal aberrations. Although the mechanisms underlying these effects are not completely understood, it is generally accepted that ionizing radiations induce DNA damage either directly or indirectly by generating reactive oxygen species (ROS). During my PhD, we studied the role of ROS produced during irradiation in the generation of DNA damage in thyroid cells. Our results show that ROS produced after irradiation participate in the formation of RET/PTC1 rearrangements found in 70% of radiation-induced papillary cancers. ROS generated by radiolysis of water have a very short lifetime that limits their diffusion. However, by redox mechanisms, they cause changes at the cellular level, which in turn lead to the activation of ROS generating systems, which include the NADPH oxidases. Our results show that irradiation induces the expression of NADPH oxidase DUOX1 via the secretion of IL-13, several days after exposure to ionizing radiation. Inactivation of DUOX1 by interfering RNAs significantly reduces the DNA damage observed several days after irradiation. These results suggest a role DUOX1 in chronic oxidative stress that contributes to genetic instability.

Ce travail de thèse consiste en l’étude de deux membres de la famille des NADPH oxydases :Duox1 et Duox2, et leurs partenaires DuoxA1 et DuoxA2. Exprimées dans la thyroïde, ces deux enzymes sont essentielles à la synthèse des hormones thyroïdiennes, puisqu’elles produisent du peroxyde d’hydrogène (H2O2), indispensable à l’organification de l’iodure par la thyroperoxydase. Duox1 et Duox2 sont également exprimées dans de nombreux autres tissus, comme les voies respiratoires et le tractus digestif, au sein desquels elles jouent un rôle primordial dans la défense de l’organisme contre les pathogènes. Afin d’être exprimées à la surface des cellules où elles sont actives, les protéines Duox nécessitent la présence de facteurs de maturation, appelés DuoxA1 et DuoxA2. Initialement identifiées comme des protéines résidentes du réticulum endoplasmique lors de leur découverte en 2006, les protéines DuoxA ont été détectées à la surface des cellules et pourraient dès lors former un complexe membranaire avec les protéines Duox. Les mécanismes d’activation des Duox par leurs facteurs de maturation DuoxA ne sont pas encore complètement connus à ce jour et la preuve formelle d’une interaction entre les deux partenaires à la surface des cellules était encore manquante lorsque ce travail de thèse a débuté. Nous avons généré des clones de cellules HEK293 Tet-On3G exprimant de manière constitutive les protéines Duox1 ou Duox2, ainsi que les protéines DuoxA1 ou DuoxA2 sous le contrôle d’un promoteur inductible à la doxycycline, et ce pour les 4 combinaisons suivantes :D1DA1, D2DA2, D1DA2 et D2DA1. Ces cellules ont permis d’étudier l’expression, la stabilité et l’activité des enzymes Duox en fonction de l’expression modulée de DuoxA. De plus, la présence d’étiquettes HA et V5 au niveau de l’extrémité NH2-terminale des protéines Duox et DuoxA, respectivement, a permis de comparer de manière fiable l’expression des protéines dans les différents types de clones et de mettre en évidence une interaction entre les deux partenaires. Nous avons confirmé l’efficacité de ce système cellulaire pour reconstituer l’expression des protéines DuoxA1 et DuoxA2, ainsi que la maturation et l’activité concomitantes des protéines Duox1 et Duox2. Lorsqu’elles sont exprimées seules, ni les protéines Duox ni les protéines DuoxA ne sont exprimées à la surface des cellules. Dans les cellules exprimant les partenaires non pairés (Duox1/DuoxA2 et Duox2/DuoxA1), l’expression des protéines à la surface des cellules est plus faible, tout comme la production d’H2O2 ionomycine-dépendante qui y est associée. En normalisant cette production d’H2O2 à l’expression des protéines Duox et DuoxA à la surface des cellules, nous avons montré que l'association Duox2/DuoxA2 était plus active que le partenariat Duox1/DuoxA1, ce qui justifie que Duox2/DuoxA2 constitue le système générateur majeur de peroxyde d’hydrogène dans la thyroïde. Par ailleurs, nous avons montré que l’H2O2 produit par les cellules exprimant le couple Duox2/DuoxA2 induisait des cassures double brins à l’ADN, après stimulation de l’activité de Duox2 par l’ionomycine et le PMA. Enfin, nous avons montré que les protéines Duox et DuoxA stabilisent leur partenaire respectif. Lorsqu’elles sont associées à leur partenaire pairé (D1DA1 et D2DA2), les protéines Duox et DuoxA sont plus stables et leur temps de demi-vie est augmenté, par rapport aux couples non pairés (D1DA2 et D2DA1). Nous avons montré une interaction spécifique entre les protéines Duox et DuoxA à la surface des 4 types de clones HEK293 Tet-On3G, à l’aide de la technique de Duolink®. Les complexes formés par les couples pairés se sont avérés encore une fois plus stables au cours du temps que les complexes non pairés. Finalement, nous avons démontré l’importance de la glycosylation des facteurs de maturation dans leur expression à la surface, ainsi que dans la maturation et l’activité des enzymes Duox. Ce travail de thèse a permis de démontrer que le système générateur d’H2O2 tel qu’il est retrouvé au pôle apical des thyrocytes est un complexe enzymatique membranaire constitué de la NADPH oxydase DUOX1/2 qui interagit avec les DUOXA1/2 respectivement. Le complexe DUOX2/DUOXA2 est le plus actif et des mutations dans l’un des partenaires sont fréquemment responsables d’hypothyroïdies congénitales. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans le cadre de la recherche de nouvelles cibles pour le traitement du cancer, les phosphatases Cdc25 sont des candidats intéressants dont l'inhibition devrait permettre de ralentir la croissance tumorale et éventuellement d'améliorer les traitements actuellement en usage. Les objectifs de ce projet de thèse sont de concevoir et synthétiser de nouveaux composés capables d'inhiber les CDC25, et de déterminer l'efficacité des meilleurs composés dans les lignées cellulaires du cancer du sein. L'évaluation du potentiel inhibiteur des composés est réalisée in vitro par une méthode fluorimétrique très sensibilité (substrat 3-OMFP). Les effets des composés sont évalués dans les lignées cellulaires MCF-7 et MDA-MB-231 : La viabilité des cellules est évaluée par la méthode colorimétrique du MTT, la cytotoxicité est évaluée par coloration au bleu trypan et par observation microscopique avec le système de vidéomicroscopie Incucyte. La mort cellulaire est caractérisée par la détection de marqueurs apoptotiques (caspases) et de marqueurs des dommages de l'ADN (H.2AX Histone PARP) par western blot. L'analyses des mécanismes liés à la mort cellulaire sont explorées par cytométrie en flux via la détection d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) avec les sondes H2DCFDA et Redox Sensor Red. L'inhibition de CDC25 dans les cellules est évaluée indirectement par détection des formes phosphorylées dse CDK en Western Blot. L'évaluation in vitro de 93 molécules synthétisées nous a permis d'identifier de nouveaux composés actifs. Ils appartiennent à diverses familles chimiques comprenant des stéroïdes, thiophènes, coumarines, imidazoles ainsi que des dérivés de quinone. Les dérivés coumariniques ont montré une intéressante inhibition de CDC25, non décrite jusqu'à présent. Une nouvelle structure coumarine-soufre-quinone, nommée SV37, a été conçue pour optimiser le potentiel d'inhibition. Ce composé présente un fort potentiel inhibiteur des CDC25 in vitro (CI50 < 5uM pour CDC25 A et C). L'effet de SV37 sur la croissance cellulaire a été évalué sur les lignées cellulaires MCF-7, MDA-MB-231, hTERT-HME1 et HepG2 sur lesquelles une inhibition de la croissance cellulaire est observée (CI50 de 9 à 18 µM). L'analyse de la viabilité des cellules traitées à la CI50 indique l'absence de mort cellulaire pour la lignée MCF7, tandis que pour la lignée MDA-MB-231 la diminution de la croissance cellulaire est liée à une augmentation de la mort cellulaire. Afin d'étudier les mécanismes liés à la mort cellulaire, nous nous sommes concentrés sur l'étude du modèle triple négatif MDA-MB- 231. Les modifications morphologiques de ces cellules sont caractérisées par l'apparition d'altérations cellulaires compatibles avec la mort cellulaire. Le clivage des caspase-3 et 7 a été observé dès 16h de traitement, ce qui suggère l'induction d'une mort apoptotique. Par ailleurs, des ERO ont été détectées 15 min après le début du traitement, cette émission d'ERO a pu être totalement bloquée par un prétraitement avec la N-acétylcystéine (NAC). La détection de marqueurs des dommages de l'ADN, entre 16 et 28 heures après début du traitement, corrobore l'activation des caspases et les observations réalisées en vidéo-microscopie. Après traitement à CI50, une accumulation des pCDK dans les cellules a été observée après 4 et 8 heures, suggérant une inhibition de l'activité CDC25. De plus, les cellules prétraitées avec la NAC n'ont montré aucune accumulation de pCDK après traitement par SV37. Ces résultats suggèrent un lien direct entre la production de ROS induit par le composé SV37 et l'inhibition des CDC25. Ce projet a permis de définir les coumarines en tant que nouvelle classe de composés inhibitrice des phosphatases CDC25. Ces travaux ont de plus permis l'identification d'un composé coumarine-soufre-quinone SV37 qui constitue une structure de base pour le développement d'inhibiteurs de plus en plus efficaces, ... / Within the context of research for new targets for cancer therapy, Cdc25 phosphatases are interesting candidates, the inhibition of which being able to slow down tumor growth and eventually improve the cancer treatments currently in use. The objectives of this PhD project are to design and synthesize new compounds able to inhibit CDC25 and to determine efficiency of identified compounds in breast cancer cell lines. In vitro evaluation of inhibitory potential of compound is realized through a high sensitivity fluorometric method (3-OMFP substrate). Cellular effects were evaluated in MCF-7 and MDA-MB-231 cell lines. Effects on cell viability are assessed through MTT assays, and cytotoxicity is evaluated through trypan blue assays and microscopic observations with Incucyte videomicroscopy system. Cell death was characterized by detection of apoptotic markers (caspases) and DNA damages markers (PARP Histone H.2AX) by Western Blotting. The analyses of mechanisms underlying cell death were explored through cytometric detection of reactive oxygen species (ROS) with H2DCFDA and Redox Sensor Red probes. Inhibition of CDC25 in cells was indirectly evaluated through detection of phosphorylated forms of CDK by Western Blotting. In vitro evaluation of 93 synthesized compounds allowed us to find new active compound in various chemical families including steroid, thiophene, coumarinic, imidazole and quinone derivatives. The coumarinic derivatives showed potent CDC25 inhibition. A new coumarin-sulfurquinone combined structure, named SV37, was designed to optimize efficiency of inhibition. In vitro tests on this compound, showed a strong CDC25 inhibitory potential (IC50 under 5µM for CDC25 A and C). Effect of SV37 on cell growth was evaluated on various cell lines (MCF-7, MDA-MB-231, hTERT-HME1 and HepG2). Results indicate inhibition of cell growth (IC50 values from 9 to 18 µM). Analysis of cell viability indicates no remarkable cell death in MCF7 at IC50 value whereas in MDA-MB-231 the cell growth decrease was characterized by an increase of cell death. For deeper investigations on the cell death and on the underlying mechanisms, we focused the study on the triple negative model MDA-MB-231. The morphological changes of MDA-MB-231 cells during the treatment were characterized by the appearance of cellular alterations compatible with a cellular demise and culminating with a disruption of cells after 20h. Caspase-3 and 7 cleavages were observed 16h after beginning of the treatment, suggesting an apoptotic cell death. A ROS induction was observed 15 min after the beginning of the treatment and was totally prevented by Nacetylcysteine (NAC) pretreatment. DNA damage markers were detected between 16 and 28 hours after beginning of treatment, a timing falling with caspase activation and with the appearance of cell demise observed by video microscopy. Accumulation of pCDK in cells was observed after 4 and 8 hr of treatment by SV37 at IC50 suggesting an inhibition of CDC25 activity, and cells pretreated with NAC showed no accumulation of pCDK after SV37 treatment. This strongly suggests a direct link between ROS generation by the compound SV37 and the accumulation of pCDK. This project increased knowledge on inhibitors of CDC25 phosphatases and allowed the identification of coumarine compound as new CDC25 inhibitors. This work will enable the development of ever more efficient inhibitors, leading to efficient inhibition of CDC25 and inhibition of tumor development

C'est la surface, et non le matériau qui interagit avec l'environnement. Par conséquent, en modifiant la surface d'un matériau de manière contrôlée, nous pouvons moduler ces interactions avec son environnement. Les sels d'aryles diazonium semblent très adaptés pour modifier les propriétés de surface de matériaux de par leurs diversités structurelles et leur capacité à modifier des surfaces conductrices par électrochimie. Ce travail de thèse se concentre sur l'étude du transfert électronique au travers de couches organiques de différentes épaisseurs (monocouches, couches ultraminces et multicouches), générées par électro-réduction de sels d'aryles diazonium. La molécule électroactive étudiée peut être alors soit fixée à la surface du matériau ou en solution. Différentes méthodes électrochimiques ont été utilisées au cours de cette thèse : CV, EIS et SECM. Dans un premier temps, l'étude des propriétés électrochimiques de surfaces carbonées modifiées par des monocouches d'alkyle-ferrocène a été entreprise dans différents solvants ; ainsi que leur évaluation pour des applications en stockage d'énergie. La deuxième étude s'intéresse à l'utilisation d'une approche « bottom-up » pour la fabrication de surfaces organisées. Des substrats de carbone et d'or ont été modifiés par électro-réduction d'un sel d'aryle diazonium pré-organisé en forme de tétraèdre. Ceci aboutit à l'obtention d'un film organique ultra-mince possédant des propriétés de tamisage moléculaire et de rectification de courant électrochimique vis-à-vis de sondes redox en solution. La troisième étude s'est ensuite focalisée sur la réaction de réduction du dioxygène et de ses intermédiaires, qui présentent un intérêt général aussi bien dans des processus naturels qu'en industrie. La détection de ces intermédiaires a été entreprise par SECM, utilisant une stratégie « d'empreinte » utilisant différentes couches organiques sensibles. L'influence du potentiel appliqué et de l'électrolyte a été étudiée. Dans ce travail, nous avons démontré que les propriétés électrochimiques de sondes redox en solution ou greffées à la surface d'un matériau peuvent être modulées par l'utilisation de couches organiques. Ces recherches fondamentales présentent un intérêt dans des domaines tels que le stockage d'énergie et la catalyse. / It is the surface, not the bulk material that interacts with the surrounding environment; hence by altering the surface in a controlled manner we can modulate the properties of the material towards its environment. Aryldiazonium salts are suitable to tailor the surface properties since their structural diversity and their electrochemically-assisted bonding ability to modified conducting surfaces. This thesis focuses on the study of the electron transfer through different aryl layers by aryldiazonium electro-reduction at three different thickness levels, monolayer, near-monolayer, and multilayer, when the electroactive molecule is attached to the surface or in solution. Three different electrochemical methods have been used throughout this thesis, CV, EIS and SECM. The first study of this thesis focused on the investigation of the electrochemical properties of alkyl-ferrocene on-carbon monolayers in different solvents and its evaluation for improving the global charge density of carbon materials for energy storage applications. The second study used a bottom-up approach for the fabrication of well-organized surfaces. Carbon and gold substrates were modified by electro-reduction of a tetrahedral-shape preorganized aryldiazonium salt resulting in an ultrathin organic film that showed molecular sieving and current rectification properties towards redox probes in solution. The third study then focused on the oxygen reduction reaction and its intermediates, which are of general importance in natural and industrial processes. Detection of intermediates was achieved by SECM in a foot-printing strategy based on the use of different sensitive aryl multilayers. The role of the applied potential and electrolytes was investigated. Here we have demonstrated that the electrochemical properties of redox probes attached to a surface or in solution can be modulated by introducing aryl layers allowing fundamental research investigations of interest in fields such as energy storage and catalysis.

Les Formes Réactives de l'Oxygène (FRO) regroupent des molécules comme les radicaux superoxide ($O_2^{\bullet -}$)et hydroxyle ($HO^\bullet$) ou le peroxyde d'hydrogène ($H_2O_2$) produites au sein des cellules en aérobiose. Malgré des systèmes de défense, des FRO peuvent réagir fortuitement avec des protéines, des lipides ou l'ADN provoquant des dommages cellulaires dont les mécanismes ne sont pas encore entièrement élucidés. Afin d'appréhender ce``stress oxydant'', cette thèse présente des simulations numériques de la dynamique de FRO en utilisant la bactérie E. coli comme organisme modèle. Dans un premier temps, les simulations numériques sont réalisées de façon déterministe sur un ensemble de cellules. L'étude de la mortalité de E. coli exposé à $H_2O_2$ montre que le fer intracellulaire libre et la densité cellulaire, deux facteurs potentiellement impliqués dans la dynamique des FRO, jouent un rôle primordial dans l'interprétation expérimentale comme par exemple le comportement bi-modal de E. coli opposé à $H_2O_2$. Nous avons également évalué les rôles relatifs des principales défenses mises en place contre $H_2O_2$ à savoir la membrane cellulaire et les enzymes. Une étude détaillée indique que leur implication dépend non linéairement de la concentration en $H_2O_2$.Dans une seconde approche nous réduisons l'échelle d'étude pour nous ramener à la cellule unique dans les conditions physiologiques. Il apparaît ainsi que la stochasticité intrinsèque des réactions chimiques associées aux FRO permet à certaines bactéries de se différencier en vue d'un futur stress. / The Reactive Oxygen Species (ROS) are molecules (superoxide $O_2^{\bullet -}$, hydrogen peroxide $H_2O_2$ and hydroxyl radical $HO^\bullet$) generated in living cells as a consequence of aerobic life. They are partially eliminated by scavenging systems. Nevertheless, ROS can unfortunately react with cellular proteins, lipids or DNA leading to cell damage. The mechanisms of such lesions is still being studied: we are talking about``oxidative stress''. Using Escherichia coli as a model organism this thesis is concerned with the numerical simulation of ROS dynamics.In the first part of this work, simulations were performed in a deterministic way to predict the behaviour of a set of cells. By studying killing of E. coli by exposure to $H_2O_2$, we show that intracellularavailable iron and cell density, two factors potentially involved in ROSdynamics, play a major role in the prediction of experimental results in particular in bimodal cell killing.We then evaluate the relative roles of major defences against $H_2O_2$. Although the key actors in celldefence are enzymes and membrane, a detailed analysisshows that their involvement depends on the $H_2O_2$ concentration level. In the second part, we study more closely the fate of the single cell with a stochastic point of view in physiological conditions.We show that elementary chemical stochasticity allows bacteria to segregate specialized cells in prevision of possible stress challenge. Actually, whereas ROS distribution does not activate defence regulation without exogenous stress, we demonstrate that this distribution may activate DNA repair mechanisms.

Cette étude est basée sur la collection la plus complète d'éclogites cratoniques (> 180 nodules), provenant des cratons sibériens et sud-africains.Les éclogites non-métasomatisés de type IIA sont plus magnésiennes, enrichis en LREE, avec des valeurs de δ18O, de 3,7-7,5 ‰, des anomalies positives en Sr et correspondant à une couche à basse pression-température (PT). La composition de la roche totale est un protolithe basaltique. Les éclogites de type IIB sont plus sodiques et alumineux, appauvris en terres rares, avec des valeurs de δ18O de 2,3-3,6 ‰, correspondant à l'équilibre à haute PT. La composition de la roche totale correspond au protolithe pyroxénitique. Les éclogites à coésite, disthène ou corindon ont des clinopyroxènes riches en jadéite, avec des anomalies positives en Eu et Sr et des grenats riches en grossulaire, avec des anomalies positive en Eu et négatives en Sr. Les estimations de PT indiquent que les éclogites à co-ky-cor ont été équilibrées dans la partie la plus basse de la quille cratonique et la composition de la roche totale correspondant à un protolithe gabbroïque très appauvri, cohérente avec la subduction d'une séquence basaltique à websteritique d'une croûte océanique altérée, appauvrie en éléments incompatibles.L'estimation minimum d'eau dans l'omphacite d'Obnazhennaya est de ~930-1410 ppm d'H20 et pour la roche totale de ~310-890 ppm H2O, significativement supérieures aux péridotites environnantes. Ainsi, les éclogites du manteau peuvent être un important réservoir d'eau à la base de la racine cratonique, avec des conséquences majeures pour la longévité de la quille cratonique, la rhéologie du manteau et pour le cycle global de l'eau. / This study is based on the most complete existing collection of cratonic eclogites (> 180 nodules), from the Siberian and South African cratons. Non-metasomatized Type IIA eclogites are typically more magnesian, LREE-enriched, with δ18O values of 3.7-7.5 ‰, positive Sr anomalies and corresponding to a low pressure-temperature (PT) layer. The whole-rock composition is consistent with a basaltic protolith. Type IIB eclogites are morsodic and aluminous, LREE-depleted, with δ18O values of 2.3-3.6‰, corresponding to equilibrium at high-PT. The whole-rock trace element composition is consistent with a pyroxenitic protolith. Coesite, kyanite and corundum-bearing eclogites ypically have jadeite-rich clinopyroxenes witlpositive Eu and Sr anomalies and grossular-rich gamets with corresponding positive Eu and negative Sr anomalies. PT-estimates indicate coe-kycor-bearing eclogites equilibrated in the lowermost part of the cratonic keel and reconstructed whole-rock trace element composition corresponds to a very depleted gabbroic protolith. This is consistent with the subduction of a hydrothermally altered, basaltic to websteritic sequence of an incompatible-element-depleted oceanic crust.Calculated water content of omphacite is a minmum estima te of ~930-1410 ppm by weight H2O and reconstructed estimates for whole-rock watercontent ~310-890 ppm HO) for the Obnazhennaya eclogites are significantly higher than those of the surrounding peridotites. Thus, mantle eclogite may be an important water reservoir at the base of the cratonic root, with major consequences for cratonic keel, longevity mantle rheology and global water cvcle

La pile à combustible H+-SOFC (Protonic Conducting Solid Oxide Fuel Cell) basée surl'utilisation d'un électrolyte conducteur protonique peut représenter une alternative intéressanteà la pile SOFC qui présente actuellement le meilleur rendement. Cependant, la surtension à lacathode reste élevée et ce travail est dédié à la compréhension du mécanisme de réductionl'oxygène à cette électrode.Différents matériaux conducteurs mixtes O2- / e- de structures dérivées de la perovskite ABO3,tels que les doubles perovskites LnBaM2O5+d (Ln = Pr, Nd et Gd et M = Co et Fe) ainsi que lesphases de Ruddlesden-Popper A2MO4+d (Ln = Pr et Sr et M = Ni), ont été étudiés. Leur niveaude conductivité électronique ainsi que leur non-stoechiométrie en oxygène ont d'abord étédéterminées. Puis, à l'aide de la détermination des coefficients de diffusion de l'oxygène par laméthode de relaxation de conductivité électrique, leur conductivité ionique O2- a été estimée.Une étude électrochimique et plus spécialement la détermination des étapes limitant la réactionde réduction de l'oxygène à la cathode de pile H+-SOFC a ensuite permis de démontrer le rôledu proton dans le mécanisme de réaction pour les matériaux présentant les meilleuresperformances électrochimiques.Enfin, dans le cadre d'un projet ANR HPAC 2009 " CONDOR ", des mono-cellules de piles H+-SOFC ont été mises en forme et des densités de puissance proche de 180 mW/cm² à 0.6 V à600°C ont été obtenues.

Parmi les différentes fonctions du système hypothalamo-neurohypophysaire, il est notamment mis en jeu dans les voies de contrôle de l'osmolalité plasmatique et il est en particulier stimulé lors d'une déshydratation de l'organisme. Ce système reçoit des afférences provenant de la périphérie, telles que celles issues du sinus carotidien, mais aussi des informations intrinsèques au système nerveux central (SNC) en provenance de certains organes circumventriculaires. Le système de contrôle de l'osmorégulation passe par ces structures et des informations telles que l'osmolalité plasmatique peuvent être rapidement intégrées pour adapter le niveau de libération de l'arginine-vasopressine (AVP), hormone anti-diurétique qui contrôle la réabsorption de l'eau au niveau du néphron. Le noyau supraoptique (NSO), où siègent les neurones magnocellulaires synthétisant l'AVP, reçoit donc de nombreuses afférences qui modulent son activité, telles que des afférences impliquant la noradrénaline (NA), majoritaires, ainsi que des afférences aminoacidergiques qui libèrent le glutamate, l'aspartate et le GABA. Notre équipe s'intéresse aux mécanismes de régulation de l'expression et de libération d'AVP par les afférences noradrénergiques. L'effet de la noradrénaline passe par une voie nitrergique (NO) pour le contrôle de l'expression de l'AVP (Grange-Messent et al, 2004). Par ailleurs, les travaux de S. Mélik-Parsadaniantz et de son équipe ont démontré que l'expression des chimiokines, notamment la chimiokine SDF1 ainsi que son récepteur CXCR4, augmentait au cours de la déshydratation (Callewaere et al., 2006). La démonstration de la présence de chimiokines dans les neurones magnocellulaires et de leur implication au cours de la déshydratation ainsi que les résultats que nous avons obtenus sur le NO suggèrent que les médiateurs inflammatoires sont des molécules de signalisation endogènes qui participent à la chaîne de signalisation mise en jeu lors de l'osmorégulation. L'objectif de la thèse est de s'intéresser au métabolisme oxydatif dans les noyaux magnocellulaires puisque, dans les processus de plasticité post-lésionnels, les modifications de l'expression des médiateurs inflammatoires sont accompagnées de modifications de ce métabolisme et de la production de radicaux libres qualifiés d'espèces réactives de l'oxygène (EROs). Notre modèle d'étude est la souris C3H/HeJ adulte soumise à une hyperosmolarité plasmatique. Ce paradigme est connu pour stimuler l'axe osmorégulateur et pour causer une augmentation de l'AVP sans provoquer de stress. Dans le cas d'une stimulation hyperosmolaire chronique, les résultats obtenus montrent que lors de l'activation de l'axe osmorégulateur, démontrée par l'expression de la protéine c-fos, la synthèse d'AVP est accompagnée d'une production d'EROs, prise en charge par la superoxyde dismutase de type 2 (SOD 2) et la catalase. Les mesures de l'osmolalité plasmatique montrent que la réponse osmorégulatrice exercée par l'AVP se met en place progressivement et qu'après 8 jours de stimulation osmotique, le système retourne au niveau contrôle montrant un nouvel équilibre allostatique. Dans le cas d'une stimulation hyperosmolaire aiguë, les EROs sont produits dès la phase précoce de l'hyperosmolarité démontrée par l'expression de c-fos, et sont pris en charge par la SOD 2 et la catalase. De plus, cette production d'EROs est indispensable à l'augmentation de synthèse d'AVP en réponse à une hyperosmolarité plasmatique, puisqu'en présence d'un antioxydant, l'acide -lipoïque (AAL) administré avant la stimulation osmotique, il y a une inhibition de la synthèse de novo d'AVP. La deuxième partie de ma thèse cherche à déterminer la place des EROs dans le contrôle exercé par les afférences noradrénergiques via le monoxyde d'azote (NO). Les résultats obtenus montrent que les souris transgéniques Tg8, qui présentent des taux élevés en NA dans le SNC, ont des niveaux de production d'EROs dans le NSO plus élevés que leurs contrôles non transgéniques, les souris C3H/HeJ, donnant une indication que la voie noradrénergique est impliquée in vivo. Afin de confirmer la place des EROs dans la voie de signalisation noradrénergique, nous avons analysé ex vivo l'effet de la NA sur des tranches d'hypothalamus maintenues en survie. Ceci nous a permis également de préciser plus avant les contributions respectives du NO et des EROs dans la voie de régulation noradrénergique de l'expression de l'AVP. Ces résultats démontrent pour la première fois l'importance des EROs comme signaux endogènes dans la voie de régulation osmotique. Il permet de faire émerger un rôle nouveau et original des EROs en tant que médiateurs physiologiques des voies de signalisation intracellulaires.

Chez les angiospermes, l'oxygène singulet est la forme majoritaire des espèces réactives de l'oxygène, étant produite lors de la photosynthèse. Son excès provoque le dommage photooxidatif conduisant à la mort cellulaire, observée chez les mutants affectés dans la voie de la biosynthèse de la chlorophylle. Dans ce travail, nous avons utilisé des mutants d'Arabidopsis thaliana qui manifestent le phénotype conditionnel de la mort cellulaire, causée par l'absence d'une protéine de l'enveloppe externe des plastes, OEP16-1. Cette protéine est impliquée dans le transport des amines, acides aminés et également dans l'import d'une enzyme clé de la synthèse de la chlorophylle, NADPH: Protochlorophyllide oxydoreductase A (PORA), dans les plastes. Une approche génétique inverse a permis d'isoler et de caractériser quatre mutants indépendants Atoep16-1, ayant différentes combinaisons des propriétés de la mort cellulaire et de la présence/absence de la PORA. Deux des mutants accumulent en excès de la protochlorophyllide libre (Pchlide) à l'obscurité et meurent après illumination. Dans ce cas, la Pchlide agit comme un photosensibilisateur déclenchant la production de l'oxygène singulet. Les deux autres mutants évitent la surproduction de la Pchide et verdissent normalement. En utilisant le mutant de l'orge, tigrina d12 comme référence, nous avons montré que la mort cellulaire induite lors du photoblanchiment chez les mutants Atoep16-1, intervient dans la voie flu-indépendante. L'initiation de la traduction sur des ribosomes 80S, a été identifiée comme étant une cible majeure de l'oxygène singulet, au cours des premières heures du verdissement. Dans un stade plus tardif, l'oxygène singulet a provoqué la dissociation des ribosomes. Nous avons ainsi fourni des preuves que les deux effets sur la traduction sont génétiquement liés et qu'ils peuvent être ensuite étudiés à l'aide des mutants Atoep16-1 que nous avons isolé et du mutant flu, préalablement identifié.