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La pseudouridylation, l'isomérisation du résidu urine (U) en pseudouridine ([PSI]) est la modification post-transcriptionnelle la plus fréquemment retrouvée dans les ARN. Elle est catalysée par une enzyme ARN:PSI-synthase. Chez les archées et les eucaryotes, cette activité est également portée par des particules ribonucléoprotéiques à boîtes H/ACA (RNP H/ACA). Chez les archées, le complexe comprend quatre protéines invariables dont l'ARN:PSI-synthase aCBF5 et trois protéines partenaires L7Ae, aNOP10 et aGAR1, ainsi qu'un ARN guide qui cible par appariement de bases la position de l'uridine à modifier de l'ARN substrat. Le rôle des partenaires a pu être identifié par des analyses structure-fonction basées sur des approches biochimiques, biophysiques et radiocristallographiques. Au cours de ce travail, nous avons démontré l'existence de disparités fonctionnelles entre les ARN guides d'un même organisme, et l'importance de l'interaction entre L7Ae et aNOP10 pour le positionnement correct de l'ARN substrat. Nous avons testé in vitro l'assemblage et l'activité de particules reconstituées en présence d'ARN guides non conventionnels. L'étude sur la dynamique de l'ARN substrat lors de la pseudouridylation a également été abordée et a permis de déterminer que aGAR1 n'était pas nécessaire pour le mécanisme de turnover de la particule, que la température jouait un rôle crucial pour cette activité, et que la nature du nucléotide cible ainsi que la longueur de l'ARN substrat étaient des éléments importants pour la sélection de cet ARN. Nous avons également mis au point une nouvelle technique basée sur le phénomène de FRET permettant de suivre l'association de l'ARN substrat à la RNP H/ACA / Pseudouridylation reaction that consists in the isomerization of uridines (U) into pseudouridines (PSI) is the most frequent post-transcriptional modification found in RNAs. It is catalyzed by enzymes with RNA:PSI-synthase activity. In Archaea and Eukarya, ribonucleoprotein particles, the so-called box H/ACA RNPs, possess such activity. In Archaea, the box H/ACA complex comprises four invariable proteins namely the RNA:PSI-synthase aCBF5 and three protein partners L7Ae, aNOP10 and aGAR1, and specific to each RNP, an RNA acting as a guide to secure by base pairing the RNA substrate and define the position to be modify. During these last years, several crystal structures of components of archaeal H/ACA RNP and fully assembled RNP have been resolved. Complementary biochemical and biophysical studies allowed detailed structure-function analyses to identify the role of the different components. During this work we identified functional differences between two RNA guides expressed in the same archaea, and demonstrated that the interaction between L7Ae and aNOP10 is important for a correct positioning of substrate RNA. We also tested in vitro the assembly and activity of RNP reconstituted on H/ACA-like guide RNAs. We investigated dynamics of substrate RNA during the pseudouridylation. We found that aGAR1 was not necessary for the turnover of the particle, that the temperature was crucial for such activity, and that the chemical structure of the targeted residue and length of the substrate RNA were important determinants for substrate selectivity. Finally, we have also developed a new technic based on FRET adapted to monitor binding of the susbtrate RNA to the box H/ACA RNP enzyme

Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur la création de nanostructures chirales optiquement actives en fabriquant des nanohélices de silice fluorescente afin d’obtenir des matériaux souple, nanométriques, optiquement actifs pour des applications en tant que matériaux nanophotoniques. Dans cette optique, des nanohélices de silice chirales ont été utilisées pour greffer et organiser des nanocristaux inorganiques fluorescents achiraux tels que des quantums dots, des chromophores, des molécules et des polymères fluorescents selon différentes approches. Ces hélices inorganiques ont été formées par procédé sol-gel en utilisant des auto-assemblages hélicoïdaux organiques de molécules amphiphiles (amphiphile gemini cationique, avec un contre-ion chiral le tartrate) en tant que modèles. Tout d'abord, la surface de la silice hélicoïdale a été fonctionnalisée par l’APTES afin de greffer des quantum dots inorganiques ZnS-AgInS2 possédant divers ligands. Dans la deuxième partie, le polymère de dérivé anthracénique fluorescent a été organisé par dépôt et adsorption à la surface de silice hélicoïdale. Afin d’étudier les propriétés chiroptiques, différentes caractérisations ont été réalisées telle que la spectroscopie du dichroïsme circulaire (CD) et celle de la luminescence circulairement polarisée (CPL).Le premier chapitre présente l’étude bibliographique sur différents systèmes d’auto-assemblage organiques chiraux et leurs propriétés chiroptiques. Les études sur la formation de systèmes auto-assemblés chiraux dans différentes conditions, leur morphologie structurale, les techniques de fabrication et leurs applications sont discutées suivies de l'utilisation de nanocristaux fluorescents, à savoir, les quantums dots (QD) et les polymères fluorescents achiraux sur lesquels les propriétés chiroptiques peuvent être obtenues et leurs applications dans les nanodispositifs optiques, les capteurs et la nano-photonique.Dans la première partie du deuxième chapitre, différentes techniques de caractérisation telles que le microscope électronique en transmission (TEM), le microscope électronique en transmission haute résolution (HRTEM), la microscopie confocale, la spectroscopie UV-Vis, celle de la fluorescence, du dichroïsme circulaire (CD) et de la luminescence circulairement polarisée (CPL) sont décrites. Dans la deuxième partie, la synthèse du gemini 16-2-16 ainsi que son mécanisme d'auto-assemblage, et sa transformation en réplica de silice par l'intermédiaire de la chimie sol-gel sont décrits. Ces nanohélices de silice sont fonctionnalisées par le 3-aminopropyltriéthoxysilane (APTES). Leur analyse est effectuée par analyse thermogravimétrique (TGA) et analyse élémentaire (EA).Dans le troisième chapitre, nous nous sommes concentrés sur la synthèse de QDs inorganiques ((ZnS)x-1(AgInS2)x) avec différentes compositions rapport molaire et leurs caractérisations par TEM, TGA, EA, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), mesures de potentiel zêta, spectroscopie d'absorption et d'émission. Quatre types de ligands ont été utilisés, par échange de ligand, pour recouvrir les QDs : sulfure d'ammonium (AS), acide 3-mercaptopropionique (MPA), l-cystéine (L-Cys) et l'oleylamine (OLA). Ces QDs sont greffés à la surface des hélices de silice modifiée par de l’amine suite à des interactions ioniques. Diverses techniques ont été utilisées pour confirmer leur greffage à la surface des hélices de silice, et les propriétés optiques ont été étudiées par spectroscopie d'absorption et d'émission. Après le greffage, différents résultats ont été observés selon le ligand utilisé : la caractérisation par TEM montre que les QDs sont greffés à la surface des hélices de silice. [...] / In this work, we focused on the creation of optically active chiral nanostructures by fabricating fluorescent silica nanohelices in order to obtain optically active nanoscale soft materials for applications as nanophotonics materials. For this purpose, silica chiral nanohelices were used for grafting and organizing achiral fluorescent inorganic nanocrystals, dyes, molecules, and fluorescent polymers through different approaches. These inorganic helices were formed via sol-gel method using organic helical self–assemblies of surfactant molecules (achiral and cationic gemini surfactant, with chiral counterion, tartrate) as templates. First, the surface of helical silica was functionalized by APTES in order to graft inorganic quantum dots ZnS-AgInS2 with different capping ligands. In the second part, fluorescent anthracene derivative polymer was organized via deposition and absorption on the surface of helical silica. To investigate the chiroptical properties, circular dichroism and circularly polarised luminescence characterization were performed.In the first chapter, the bibliographic study on different chiral organic self-assembling systems and their chiroptical properties are shown. The studies on the formation of chiral self-assembled systems in different conditions, structural morphology, fabrication techniques and their applications are discussed followed by the use of fluorescent nanocrystals, i.e., quantum dots (QDs) and achiral fluorescent polymers on which chiroptical properties can be obtained and their applications in optical nanodevices, sensors, and nano-photonics.In the first part of the second chapter, different characterisation techniques such as transmission electron microscope (TEM) , high resolution transmission electron microscope (HRTEM), and confocal microscopy, UV-Vis spectroscopy and fluorescence spectroscopies, as well as circular dichroism (CD) and circularly polarised luminescence (CPL) spectroscopies are described. In the second part, the synthesis of Gemini 16-2-16 as well as their self-assemblies mechanism, and their transformation to silica replica via sol-gel chemistry are described. These silica nanohelices are functionalized by 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES). Their analysis is performed by Thermogravimetric analysis (TGA) and elementary analysis (EA).In the third Chapter, we focused on the synthesis of inorganic ((ZnS)x-1(AgInS2)x) QDs with different compositions molar ratio and its characterizations by TEM, TGA, EA, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), zeta potential measurements, absorption, and emission spectroscopy. Four types of ligands were used to cap the QDs via phase ligand exchange as follows: ammonium sulphide (AS), 3-mercaptopropionic acid (MPA), l-cysteine (L-Cys) and the fourth one is oleylamine (OLA). These QDs are grafted on the surface of amine-modified silica helices through ionic interaction. Various techniques were used to show the grafting of QDs on the surface of silica helix, and their optical properties were studied using absorption and emission spectroscopy. After grafting, in each case of ligands, different results were observed as follows: The TEM characterization shows that QDs are grafted on the surface of silica helices. In the case of AS-capped QDs, the helical morphology of silica helices after grafting is destroyed; therefore the further ananlysis was not possible. While, in the cases of QDs with three other ligands MPA, OLA and L-cys, dense and homogeneous grafting of the QDs were observed by TEM and the helical morphology was preserved after their grafting. The HRTEM images were taken on the MPA-QDs@silica helices and energy-dispersive x-ray (EDX) analysis was performed in STEM mode, confirming the QDs elements present on the silica surfaces. [...]

Arthropod hemocyanin and phenoloxidase are members of a group of proteins called the Type-3 copper oxygen-binding proteins, both possessing a highly conserved oxygen-binding site containing two copper atoms each coordinated by three histidine residues (Decker and Tuczek, 2000). Despite similarities in their active site, these proteins have very different physiological functions. Phenoloxidase possesses both tyrosinase and o-diphenoloxidase activity, and is predominantly involved in reactions which protect insects from infection (Kopàcek et al., 1995). Hemocyanin is a large multi-subunit protein with a primary function as a respiratory protein, reversibly binding and transporting molecular O2 (Decker and Rimke, 1998; Decker and Tuczek, 2000). Recently, it has been demonstrated in vitro that arthropod hemocyanin possesses an inducible phenoloxidase activity when incubated with denaturants, detergents, phospholipids or proteolytic enzymes. This activity appears to be restricted to only a few subunit types, and it has been hypothesised that it may be accompanied by conformational change which opens the active site increasing access for larger phenolic substrates (Decker and Jaenicke, 2004; Decker et al., 2001; Decker and Tuczek, 2000). This possibly suggests a dual role of hemocyanin in arthropods. The presented thesis deals with two distinct aims. The first was to isolate and sequence a phenoloxidase gene from the insect Spodoptera littoralis (Egyptian Cottonleaf Worm). Despite efforts, progress was hindered by a number of experimental problems which are outlined within the relevant chapters. The second aim was to characterise the mode of SDS induced phenoloxidase activity in arthropod hemocyanin from the ancient chelicerates Limulus polyphemus (horseshoe crab) and Eurypelma californicum (tarantula) and the more modern chelicerate Pandinus imperator (scorpion), using a number of biophysical techniques. The results indicated that the SDS induced phenoloxidase activity is associated with localised tertiary and secondary conformational changes in hemocyanin, most likely in the vicinity of the dicopper centre, thus enhancing access for larger phenolic substrates. Experiments indicate that copper remains associated with the protein during these structural changes; however the nature of the association is unclear. SDS concentrations approximating the CMC appeared critical in causing the necessary structural changes required for a significant increase in the detectable phenoloxidase activity to be exhibited.

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Das Schalten und das Auslesen der magnetischen Ausrichtung einzelner winziger magnetischer Informationsspeicher müssen zu wirklich nanoskopischer Dimension entwickelt werden, um mit der Miniaturisierung von modernen, nanoelektronischen Bauteilen Schritt zu halten. Daher sind neue Konzepte, den magnetischen Zustand von Nanostrukturen elektronisch gezielt zu beeinflussen, derzeitig im Mittelpunkt wissenschaftlicher Untersuchungen. Diese Arbeit befasst sich mit dem zuverlässigen Einstellen der Magnetisierung eines rein horizontal kontaktierten, nanoskopischen Magneten, in zwei stabile Zustände. Ein spinpolarisierter Strom wird bei Raumtemperatur in eine Leiterbahn unterhalb des magnetischen Nanopillars injiziert. Spindiffusion durch den Kontakt zwischen der Leiterbahn (Cu) und dem Pillar (CoFe) ruft eine Spin-Akkumulation im Nanopillar hervor, der durch den Spin Transfer Torque-Effekt (STT) vermittelt wird. Bei diesem Prozess verursachen die akkumulierten Elektronenspins ein auftretendes Netto-Moment, das senkrecht auf die Magnetisierungsorientierung des Nanopillars wirkt und so das Schalten ermöglicht. In den STT-induzierten Schaltexperimenten wird der magnetische Zustand des Nanopillars durch eine bildgebendes Messverfahren mittels Rasterröntgentransmissionsmikroskopie (STXM) erfasst. So konnte gezeigt werden, dass sich die Magnetisierung des Pillars auch gegen das Oersted-Feld des Schaltstroms reversibel schalten lässt. / “Changing and detecting the orientation of nanomagnetic structures, which can be used for durable information storage, needs to be developed towards true nanoscale dimensions for keeping up the miniaturization speed of modern nano electronic components. Therefore, new concepts for controlling the state of nano magnets are currently in the focus of research in the field of nanoelectronics. Here, we demonstrate reproducible switching of a purely metallic nanopillar placed on a lead that conducts a spin-polarized current at room temperature. Spin diffusion across the metal-metal (Cu to CoFe) interface between the pillar and the lead causes spin accumulation in the pillar, which may then be used to set the magnetic orientation of the pillar by means of Spin Transfer Torque (STT). In our experiments, the detection of the magnetic state of the nanopillar is performed by direct imaging via scanning transmission x-ray microscopy (STXM)” [1]. Therefore it could be demonstrated, to reversibly switch the nanopillar’s magnetic state even against the Oersted field which is induced by the switching current. Furthermore we could show, that magnetization switching is possible by a pure spin current that is diffusively transported beneath the nanopillar.

Comprendre les propriétés des interfaces molécules/métaux est d’une importance capitale pour la spintronique organique. La première partie porte sur l’étude des propriétés magnétiques de molécules de phtalocyanine de manganèse. Nous avons montré que les premières couches moléculaires forment des colonnes avec un arrangement antiferromagnétique sur la surface de Co(100). Ces dernières mènent à de l’anisotropie d’échange. La seconde partie porte sur l’étude d’une molécule à transition de spin, la Fe(phen)2(NCS)2, sublimée sur différentes surfaces. Nous avons identifié les états de spin d’une molécule unique sur du Cu(100). De plus, nous avons commuté l’état de spin d’une molécule unique pourvu qu’elle soit suffisamment découplée du substrat. / Understanding the properties of molecules at the interface with metals is a fundamental issue for organic spintronics. The first part is devoted to the study of magnetic properties of planar manganese-phthalocyanine molecules and Co films. We evidenced that the first molecular layers form vertical columns with antiferromagnetic ordering on the Co(100) surface. In turn, these molecular columns lead to exchange bias. The second part is focused on the study of a spin-crossover complex, Fe(phen)2(NCS)2 sublimed on different metallic surfaces. We identified the two spin states of a single molecules on Cu(100). By applying voltages pulses, we switched the spin state of a single molecule provided that it is sufficiently decoupled from the substrate.

La protéine NS5A est essentielle pour la réplication et l'assemblage du virus de l'hépatite C (VHC), et elle constitue une cible thérapeutique prometteuse pour le développement d'antiviraux. Cependant, aucune fonction claire n'a encore été décrite pour NS5A, et les connaissances structurales restent limitées. Ainsi, nous avons caractérisé l'état intrinsèquement désordonné des domaines D2 et D3 de NS5A en décrivant leurs espaces conformationnels et leurs potentialités de repliement en combinant différentes méthodes biophysiques. Nous avons aussi mis en évidence la variabilité structurale du domaine D2 au sein des génotypes du VHC, ce qui pourrait être en rapport avec les différences de pathogénie et d'efficacité des thérapies observées selon les génotypes. L'interaction de D2 et D3 avec la cyclophiline humaine A (CypA) a été étudiée par résonance plasmonique de surface (SPR). Bien que des mutations au sein du domaine D2 rendent la réplication du VHC moins dépendante de la présence de CypA, ces mutations n'empêchent pas la liaison entre D2 et CypA. En revanche, elles induisent des perturbations structurales qui pourraient affecter la cinétique d'interconversion des conformères de D2. Nous avons montré par SPR que D2 et D3 interagissent avec le domaine de fixation à l'ADN du récepteur nucléaire FXR. Cette interaction pourrait inhiber la fixation de FXR sur sa cible ADN, suggérant une implication de NS5A dans la modulation de l'activité transcriptionnelle de ce récepteur nucléaire. L'ensemble de ces informations, nous a permis de proposer un modèle de la structure globale de NS5A permettant une meilleure compréhension des propriétés structurales et fonctionnelles de cette protéine énigmatique / NS5A is essential for HCV replication and particle assembly, and constitutes a very promising drug target. However, no clear function has yet been described for NS5A, and structural knowledge remains limited. We characterized the intrinsically disordered nature of NS5A domains D2 and D3, and describe their folding propensity and their overall conformational behaviour by combining different biophysical methods. We also highlighted the structural variability of D2 domain in HCV genotypes, which might be correlated with the disparities observed between genotypes in terms of pathogenesis and efficiency of therapies. The interactions between D2 and D3 with human cyclophilin A (CypA) was analysed by surface plasmon resonance (SPR). We showed that mutations in the D2 domain conferring resistance of HCV replication to CypA inhibitors did not prevent the interaction between D2 and CypA. However, they induce structural perturbations that may affect the kinetics of conformers interconversion of D2. We also showed by SPR that D2 and D3 interact with the of DNA-binding domain of the nuclear receptor FXR (farnesoid X receptor alpha). This interaction reduce the binding of FXR to its DNA target, suggesting an involvement of NS5A in the modulation of the transcriptional activity of FXR. All this data led us to propose a model of the overall structure of NS5A, which provides a useful template for a better understanding of structural and functional properties of this enigmatic protein

Downstream regulatory element antagonist modulator (DREAM) is involved in various interactions with targets both inside and outside of the nucleus. In the cytoplasm, DREAM interacts with the C-terminal fragments of presenilins to facilitate the production of β-amyloid plaques in Alzheimer’s disease. In the nucleus, Ca2+ free DREAM directly binds to specific downstream regulatory elements of prodynorphin/c-fos gene to repress the gene transcription in pain modulation. These interactions are regulated by Ca2+ and/or Mg2+ association at the EF-hands in DREAM. Therefore, understanding the conformational dynamics and stability associated with Ca2+ and/or Mg2+ binding to DREAM is crucial for elucidating the mechanisms of interactions of DREAM with DNA or presenilins. The critical barrier for envisioning the mechanisms of these interactions lies in the lack of NMR/crystal structures of Apo and Mg2+DREAM. Using a combination of fluorescence spectroscopy, circular dichroism, isothermal titration calorimetry, photothermal spectroscopy, and computational approaches, I showed that Mg2+ association at the EF-hand 2 structurally stabilizes the N-terminal alpha-helices 1, 2, and 5, facilitating the interaction with DNA. Binding of Ca2+ at the EF-hand 3 induces significant structural changes in DREAM, mediated by several hydrophobic residues in both the N- and C-domains. These findings illustrate the critical role of EF-hand 3 for Ca2+ signal transduction from the C- to N-terminus in DREAM. The Ca2+ association at the EF-hand 4 stabilizes the C-terminus by forming a cluster consisting of several hydrophobic residues in C-terminal domain. I also demonstrated that association of presenilin-1 carboxyl peptide with DREAM is Ca2+ dependent and the complex is stabilized by aromatic residues F462 and F465 from presenilin-1 and F252 from DREAM. Stabilization is also provided by residues R200 and R207 in the loop connecting a7 and a8 in DREAM and the residues D450 and D458 in presenilin-1. These findings provide a structural basis for the development of new drugs for chronic pain and Alzheimer’s disease treatments.