Les canaux calciques dépendants du voltage (CCVD) sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires tels que la libération de neurotransmetteurs, la contraction musculaire ou encore la régulation de l'expression génique. Les CCVD sont constitués d'une sous-unité canalaire (alpha1 ou Cav) par laquelle les ions Ca2+ entrent dans le milieu intracellulaire, associée à différentes sous-unités auxiliaires, alpha2delta, beta et gammaqui régulent leur fonction. Ma thèse a contribué à la mise en évidence d'une nouvelle voie de régulation du couplage excitation-transcription impliquant la sous-unité beta4 des CCVD. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressés à la compréhension des déterminants de l'entrée de beta4 dans le noyau et aux mécanismes de régulation de l'expression génique par cette sous-unité des CCVD. Un modèle animal nous a été particulièrement utile, la souris léthargique (lh), déficiente pour la sous-unité beta4 et considérée comme un modèle d'étude de l'épilepsie-absences. Une translocation de beta4 du cytoplasme vers le noyau est observée au cours de la différenciation neuronale. Cette translocation est dépendante de l'intégrité structurale de beta4 et plus précisément de l'interaction de ses domaines SH3 (Src Homology 3) et GK (Guanylate Kinase). La translocation de beta4 au noyau nécessite son association avec un partenaire : la sous-unité régulatrice de la protéine phosphatase 2A (PP2A), B56delta. La dépolarisation membranaire permet un décrochage de beta4 du canal et son association à B56delta. beta4 migre donc vers le noyau sous forme de complexe avec B56delta/PP2A. Une étude transcriptomique réalisée pour comparer le profil d'expression dans le cervelet de souris lh par rapport aux souris wild-type a montré l'implication de beta4 dans la répression et l'activation d'un certain nombre de gènes. Particulièrement beta4 réprime fortement l'expression du gène qui code pour la tyrosine hydroxylase (TH). Dans le noyau, beta4 interagit avec un facteur de transcription, le récepteur aux hormones thyroïdiennes alpha(TRalpha). Cette association permet au complexe beta4/B56delta/PP2A de cibler la région promotrice du gène TH comme cela a été montré par des expériences d'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). Le complexe beta4/B56delta/PP2A est capable de s'associer aux histones et de déphosphoryler spécifiquement les histones H3 en Ser10 au niveau de la région promotrice du gène TH. Cette modification de la chromatine est corrélée avec le recrutement de Heterochromatin Protein 1 gamma (HP1gamma au niveau du promoteur du gène TH. HP1gamma est impliquée dans la formation d'hétérochromatine et pourrait expliquer la répression de l'expression du gène TH. Ainsi dans le cervelet de souris lh, l'absence de beta4 déclenche un dérèglement de cette voie de signalisation qui entraîne la sur-expression du géne TH. La mutation humaine R482X à l'origine de la délétion d'une partie du domaine C-terminal de beta4 et responsable d'une forme d'épilepsie juvénile myoclonique, perturbe la localisation nucléaire de beta4. En effet, le mutant beta1-481 incapable de s'associer à B56delta/PP2A et de migrer au noyau n'interagit pas avec les histones. La voie de signalisation permettant la régulation de l'expression génique par beta4 n'est donc plus assurée par le mutant. Ainsi, la fonction debeta4 ne se limite pas à son action cytoplasmique en tant que sous-unité auxiliaire des CCVD. En effet, ce travail montre combien dans le noyau,beta4, joue un rôle important dans la régulation de l'expression génique.

Un embryon, initialement composé de cellules identiques, se transforme progressivement en une structure spatialement organisée de tissus distincts aux frontières clairement démarquées. Ce processus de formation de motifs est étudié dans le domaine de la biologie du développement. Les interactions cellulaires jouent un rôle clé dans la formation de motifs, et l'effet de communauté est un exemple d'une telle interaction. Une population de cellules dans un embryon présente un effet de communauté quand elle forme une communauté de cellules ayant une identité commune obtenue grâce à l'échange de molécules de signalisation qui diffusent dans le milieu (i.e. des morphogènes). Cet effet permet aux cellules de la communauté de maintenir un profil d'expression génétique commun pendant une période prolongée, et pour se différencier finalement de manière coordonnée dans un tissu fonctionnel, comme le muscle. Les processus auto-organisés tels que l'effet de communauté sont difficiles à comprendre intuitivement. Une description satisfaisante peut être obtenue sous la forme d'un modèle formel. Quelques modèles computationnels des effets de la communauté ont été donnés dans la littérature. Cependant, la notion d'espace n'ayant pas été explicitement incluse dans ces modèles, il est difficile de comprendre comment l'effet de communauté participe à la formation de motifs. Dans ce travail, nous étudions le comportement de l'effet de communauté dans l'espace et étudions ses rôles dans d'autres processus de formation de motif, en utilisant la modélisation computationnelle. Les contributions principales de cette thèse sont les suivantes: * Une méthode de réduction de modèle est développée pour l'analyse stochastique. Par cette méthode nous avons pu démontrer que le modèle de l'effet de communauté dans Xenopus est influencé par un bruit stochastique. * En utilisant un modèle spatial simple d'effet de communauté, nous montrons que celui-ci doit finalement se propager dans l'ensemble de la population de cellules qui réagissent au morphogène. Cela est confirmé par un modèle plus détaillé. * Deux modèles montrant comment cette expansion peut être contrôlée sont présentés. Tout d'abord, si l'effet de communauté est augmenté d'un mécanisme de rétroaction négative, il forme un système de réaction-diffusion qui s'auto-organise et forme une zone d'activation stable et localisée. En second lieu, quand un circuit simple de repression génétique est associé au circuit produisant l'effet de communauté, un motif d'expression de gène avec une frontière bien démarquée apparaît en réponse à un gradient de morphogène transitoire. Le motif reste stable y compris après disparition du gradient, ce qui indique que le réseau de gènes garde en mémoire la dynamique du morphogène.

Deux différents types de vecteurs, les nanocapsules lipidiques (LNC) et les systèmes multimodulaires (MMS) ont été développés pour l'administration par voie systémique de deux types d'acides nucléiques, l'ADN et les petits ARN à interférence (siRNA). Ces vecteurs sont formulés à base de complexes d'acides nucléiques et de lipides cationiques (lipoplexes) qui ont été soit encapsulés au coeur des LNC, soit recouverts de stabilisateurs stériques afin de former des MMS. Une partie du travail a consisté à développer des vecteurs de siRNA et à les caractériser par des méthodes physico-chimiques. En fonction du lipide cationique utilisé, jusqu'à 65% de siRNA ont pu être encapsulés dans les LNC, en présentant des caractéristiques appropriées pour une administration par voie systémique. La seconde partie a consisté à approfondir la caractérisation des vecteurs d'ADN et à analyser leur profil de distribution en utilisant de l'imagerie par fluorescence in vivo. Chez la souris saine, les vecteurs d'ADN ont présenté des profils de biodistribution spécifiques à leur composition. Sur deux modèles tumoraux (gliome sous-cutané et mélanome), les vecteurs ayant un temps de circulation prolongé ont également montré une co-localisation intéressante avec les cellules tumorales. Afin de mettre en évidence l'efficacité de ces vecteurs, un plasmide codant pour la tymidine kinase du virus herpes simplex (HSV-tk) a été encapsulé et administré. Puis un traitement par le ganciclovir (GCV) basé sur l'approche par gène suicide a été effectué. Les premiers résultats sont concluants, montrant une baisse de croissance tumorale après quelques jours de traitement aussi bien dans le modèle de gliome que dans celui du mélanome. Ces résultats indiquent que ces outils sont prometteurs pour une variété d'applications en thérapie génique.

Les nématodes à kystes sont l'un des bioagresseurs causant le plus de dégâts sur les cultures de pommes de terre. La résistance trouvée chez l'accession spl88S.329.18, issue de l'espèce Solanum sparsipilum est caractérisée par un déterminisme oligogénique avec un QTL à localisé sur le chromosome V (GpaVspl) et un QTL mineur localisé sur le chromosome XI(GpaXIspl). Pour obtenir une résistance de haut niveau, l'effet du QTL GpaVspl, doit êtrecomplémenté par celui du QTL à effet faible GpaXIspl. Par génomique comparative, le locusGpaV a été localisé dans un intervalle compris entre 16 et 60 kb sur les génomes de la tomateet des espèces apparentées à la pomme de terre, Solanum demissum et Solanum phureja. Deuxgènes ont été annotés dans cet intervalle sur les génomes de la tomate et de S. demissum : lepremier appartient à la famille des TIR-NBS-LRR (TNL), famille de gènes de résistanceclassiques, et le second appartient à la famille des " mitochondrial, transcription terminationfactor " (mTERF), dont l'implication dans des mécanismes de résistance n'a jamais étédémontrée.Les objectifs de ma thèse étaient d'identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la résistance àG. pallida, conférée par le locus GpaVspl, et d'étudier sa régulation. Suite à la publication de laséquence du génome de S. phureja, en 2011, nous avons mis en évidence que le locus GpaVétait dupliqué chez S. phureja et que cette duplication était également présente chezS. sparsipilum. Les quatre gènes annotés au locus GpaVspl ont été nommésSpl_mTERF18430, Spl_TNL18429, Spl_mTERF18453 et Spl_TNL18428.L'effet des deux gènes Spl_mTERF18430 et Spl_TNL18428 sur la résistance à G. pallida aété analysé via des expériences de transformation génétique suivies par des tests de résistancesur les plantes transformées. Un effet partiel du gène Spl_TNL18428 sur la résistance àG. pallida a été mis en évidence par complémentation de plantes sensibles. Aucun effetsignificatif n'a été détecté pour le gène Spl_mTERF18430. Des expériences d'extinctiongénique suggèrent que le deuxième gène TIR-NBS-LRR, Spl_TNL18429, qui est égalementexprimé dans les racines et qui présente un fort pourcentage d'identité de séquence avec legène Spl_TNL18428, pourrait également être impliqué dans la résistance à G. pallida.L'expression du gène rapporteur GFP, placé sous le contrôle du promoteur du gèneSpl_TNL18428, est fortement induite dans les cellules situées autour du syncytium. Cecirenforce l'hypothèse d'une implication du gène Spl_TNL18428 dans la résistance à G. pallida,car la localisation de l'expression de la GFP est similaire à celle de la nécrose, qui estcaractéristique de la réaction développée par les plantes résistantes autour du syncytium induitpar les nématodes.En tenant compte des données bibliographiques récentes, montrant que plusieurs gènes NBSLRRpeuvent être indispensables à l'expression d'une résistance, nos résultats suggèrent queles deux gènes Spl_TNL18428 et Spl_TNL18429 sont nécessaires à l'expression de larésistance à G. pallida

La chirurgie informatisée est une science nouvelle dont le but est de croiser la chirurgie avec les sciences de l’informatique afin d’aboutir à des améliorations significatives dans les deux domaines. Avec l’évolution des nouvelles techniques chirurgicales, une collaboration étroite entre chirurgiens et chercheurs est devenue à la fois inévitable et essentielle à l’optimisation des soins chirurgicaux. L’utilisation de modèles mathématiques est la pierre angulaire de ce nouveau domaine. Cette thèse démontre comment une approche systématique d’un problème clinique nous a amenés à répondre à des questions ouvertes dans le domaine chirurgical en utilisant des modèles mathématiques à grande échelle. De manière générale, notre approche inclut (i) une vision générale du problème, (ii) le ciblage du/des système(s) physiologique(s) à étudier pour y répondre, et (iii) un effort de modélisation mathématique, qui a toujours été poussé par la recherche d’un compromis entre complexité du système étudié et réalité physiologique. Nous avons consacré la première partie de cette thèse à l’optimisation des conditions limites à appliquer à un bio-réacteur utilisé pour démultiplier le tissu pulmonaire provenant d’un donneur. Un modèle géométrique de l’arbre trachéo-bronchique couplé à un modèle de dépôt de soluté nous a permis de déterminer l’ensemble des pressions à appliquer aux pompes servant le bio-réacteur afin d’obtenir une distribution optimale des nutriments à travers les cultures de tissus. Nous avons consacré la seconde partie de cette thèse au problème de resténose des greffes de veines utilisées pour contourner une occlusion artérielle. Nous avons reproduit l’apparition de resténose grâce à plusieurs modèles mathématiques qui permettent d’étudier les preuves cliniques et de tester des hypothèses cliniques avec un niveau croissant de complexité et de précision. Pour finir, nous avons développé un cadre de travail robuste pour tester les effets des thérapies géniques afin de limiter la resténose. Une découverte intéressante a été de constater qu’en contrôlant un groupe de gènes spécifique, la perméabilité à la lumière double après un mois de suivi. Grace aux résultats obtenus, nous avons démontré que la modélisation mathématique peut servir de puissant outil pour l’innovation chirurgicale. / Computational surgery is a new science that aims to intersect surgery and computational sciences in order to bring significant improvements in both fields. With the evolution of new surgical techniques, a close collaboration between surgeons and computational scientists became unavoidable and also essential to optimize surgical care. A large usage of mathematical models is the cornerstone in this new field. The present thesis shows how a systematic approach to a clinical problem brought us to answer open questions in the field of surgery by using mathematical models on a large scale. In general, our approach includes (i) an overview of the problem, (ii) the individuation of which physiological system/s is/are to be studied to address the question, and (iii) a mathematical modeling effort, which has been always driven by the pursue of a compromise between system complexity and closeness to the physiological reality. In the first part, we focused on the optimization of the boundary conditions to be applied to a bioreactor used to re-populate lung tissue from donor. A geometrical model of tracheobronchial tree combined with a solute deposition model allowed us to retrieve the set of pressures to be applied to the pumps serving the bioreactor in order to reach an optimal distribution of nourishment across the lung scaffold. In the second part, we focused on the issue of post-surgical restenosis of vein grafts used to bypass arterial occlusions. We replicated the event of restenosis with several mathematical models that allow us to study the clinical evidences and to test hypothesis with an escalating level of complexity and accuracy. Finally, we developed a solid framework to test the effect of gene therapies aimed to limit the restenosis. Interestingly, we found that by controlling a specific group of genes, the lumen patency is double after a month of follow-up. With the results achieved, we proved how mathematical modeling can be used as a powerful tool for surgical innovation.

En dépit de la pression règlementaire croissante pour mieux détecter les produits chimiques potentiellement responsables de perturbations de la fonction thyroïdienne, les moyens de les cribler restent insuffisants et imparfaits. Un tel criblage implique l’utilisation de nombreux tests in vitro ciblant chacun l’un des divers mécanismes de toxicité potentiellement impliqué, ou des tests in vivo plus longs et plus contraignants. Trois modèles d’étude ont ainsi été évalués pour leur potentiel à simplifier les procédures de criblage actuellement préconisées. Le premier modèle d’étude qui a été proposé est un modèle in vivo d’exposition à court terme par voie orale de rats mâles adultes. Le suivi de l’expression de gènes permet de réaliser un criblage de la perturbation de la fonction thyroïdienne après 7 jours d’exposition seulement. Le second modèle d’étude qui a été retenu pour ce travail est la lignée cellulaire PCCl3 de thyrocytes de rats, identifiée comme un modèle potentiel pour le criblage de la toxicité thyroïdienne. Enfin, la pertinence pressentie de l’utilisation d’un modèle d’hépatocytes cryopréservés (LiverbeadsTM) a été confirmée pour l’identification des composés toxiques thyroïdiens chez le rongeur dont l’action est médiée par le foie. Trois modèles d’étude in vitro et in vivo utilisables lors des tests de criblage des produits chimiques perturbateurs de la fonction thyroïdienne ont donc été identifiés. L’évaluation de cette perturbation est rendue possible par l’utilisation de variations d’expression de gènes comme principal paramètre d’étude / Whereas disruption of thyroid hormone signaling by environmental chemicals is a growing concern, identifying thyroid toxicants in early screening studies remains a challenge. Indeed, several different molecular events can initiate a such disruption of the Hypothalamus-Pituitary-Thyroid (HPT) axis. Thus, the detection of thyroid toxicants implies to conduct systematically an important battery of in vitro assays, or long in vivo studies. In the aim to simplify the procedure for the screening of all the possible mode of actions (MoAs) involved, we assessed three models for their suitability to detect in a short term different thyroid toxicants by using changes in gene expression. We identified the possibility of discriminating thyroid toxicants from compounds that do not alter thyroid function, by using this approach, in a 7-day adult male rat assay. Regarding in vitro testing, we have established the proof of concept of discriminating direct-acting thyroid toxicants from compounds that do not affect thyroid function, on the basis of up-regulated expression of a set of genes as criteria of positivity, in an early screening in vitro assay based on PCCl3 rat thyroid cells. We also confirmed the relevance of the use of alginate-embedded cryopreserved hepatocytes (LiverbeadsTM) for the screening of liver-mediated thyroid toxicity in rodents. The present work allowed the identification of three models suitable for the early screening of the disruption of the thyroid function. Such detection of multiple toxic MoAs in a short term relies on the use of gene expression as main or unique endpoint

Croissance et reproduction sont des mécanismes fondamentaux du vivant. Chez les micro-organismes, ces processus sont couplés dans la transformation des ressources de l'environnement (matière et énergie) en nouvelles structures organiques. Étonnamment, malgré l'extrême diversité des micro-organismes, certaines caractéristiques de leur physiologie suivent des lois de croissance universelles. Cela suggère l'existence de principes fondamentaux, ce qui a été en effet récemment confirmé en montrant que ces lois s'expliquent facilement si l'organisme maximise son taux de croissance dans chaque environnement. Cependant, ces lois ont seulement été étudiées lors de croissances à l'état stationnaire, c'est-à-dire lorsque l'environnement et donc le taux de croissance sont stables. Ces conditions, même si elles peuvent être reproduites en laboratoire, n'ont rien à voir avec les conditions de vie dans lesquelles les organismes ont évolué durant des milliards d'années. Le but de cette thèse est d'étendre dans un contexte d'environnement purement dynamique, l'étude à la fois théorique et expérimentale de ces stratégies de croissance microbienne.En modélisant la cellule comme un auto-réplicateur, nous cherchons à savoir quelles sont les meilleures stratégies d'allocation des ressources lors de l'adaptation à un nouvel environnement. Ce problème se formule très bien comme un problème de contrôle optimal : la cellule choisit en temps réel comment allouer ses ressources entre la machinerie d'expression génique et le métabolisme. Le meilleur comportement possible, comme le révèle l'application du Principe de Maximisation de Pontryagin, est de successivement orienter toutes les ressources dans chacun des deux secteurs, une stratégie communément appelée bang-bang. Mais s'approcher d'un tel contrôle requiert pour la cellule des stratégies de régulation bien plus complexes que celles qui étaient suffisantes pour maximiser le taux de croissance à l'état stationnaire. De manière intéressante, la régulation de la synthèse des ribosomes par le ppGpp chez la bactérie Escherichia coli s'avère présenter la structure adéquate. Nous montrons en effet qu'elle permet de détecter rapidement toute incompatibilité entre la concentration de précurseurs et celle des ribosomes, et d'ajuster en conséquence la synthèse de ces derniers pour obtenir un comportement proche de l'optimum mathématique prédit.Même si de vieilles données le suggèrent, un tel comportement bang-bang n'a jamais été totalement confirmé expérimentalement pour la synthèse des ribosomes. Nous mesurons donc l'abondance des ribosomes chez Escherichia coli au niveau d'une cellule unique lors d'un changement brutal de milieu de culture. En particulier, nous créons une souche de E. coli sur laquelle un rapporteur fluorescent est attaché à l'une des sous-unités ribosomales, permettant ainsi leur quantification in vivo. Un appareillage micro-fluidique nous permet ensuite de contrôler en temps réel le milieu de croissance tout en observant individuellement chaque cellule fluorescente. Nous développons une méthode basée sur le lissage de Kalman qui est capable de reconstruire la façon dont les ressources sont aiguillées vers la synthèse des ribosomes. Même si ces résultats sont préliminaires, ils suggèrent que la concentration des ribosomes oscille après le changement d'environnement, ce qui rappelle une stratégie de type bang-bang.Nos résultats montrent que la capacité des systèmes de régulations à intégrer l'état de différentes variables physiologiques est crucial dans l'optimisation de la croissance en environnement variable. Au final, nous démontrons que les principes utilisés à l'état stationnaire peuvent, lorsqu'ils sont appliqués en dynamique, générer des comportements inattendus et expliquer plus en détails les stratégies de régulations employées par les micro-organismes. / Growth is the most fundamental property of life. Growth consists in the transformation of matter and energy from the environment into diverse organic structures. Interestingly, general growth laws relate the macromolecular composition of the cell to growth rate. These laws are widespread and conserved in different microbial species, suggesting a fundamental principle of design. Recent work has shown that these empirical regularities can be derived from coarse-grained models of resource allocation and explained by the principles of natural selection. However, the vast majority of these studies focus on steady-state growth. Such conditions are rarely found in natural habitats, where microorganisms are continually challenged by environmental fluctuations. The aim of this thesis is to extend the theoretical and experimental studies of microbial growth strategies to changing environments.Using a self-replicator model, we developed a theoretical framework that encapsulates the main features of growth. We formulate dynamical growth maximization as an optimal control problem that the microbial cell must solve in order to allocate the available resources to the gene expression machinery or to metabolism. Using Pontryagin's Maximum Principle, we have derived a general solution to the optimization problem and we have compared the optimal strategy with possible implementations of growth control in bacterial cells. Our results show that simple control strategies that maximize the growth-rate at steady state are suboptimal for transitions from one growth regime to another. We show that a near-optimal control strategy in dynamical conditions requires information about several, rather than a single, physiological variable. Interestingly, this strategy has structural analogies with the regulation of ribosomal protein synthesis by the signaling molecule ppGpp in the enterobacterium Escherichia coli. The strategy involves sensing a discrepancy between the concentrations of precursor metabolites and ribosomes, and the control of the rate of ribosome synthesis in a switch-like manner.Even though this switch-like ribosome synthesis has been suggested by published data, the phenomenon has never been experimentally confirmed. We therefore measured ribosomal abundance in Escherichia coli at the single-cell level during a nutrient upshift. More precisely, we constructed a strain in which a fluorescent marker has been attached to a ribosomal subunit, thus allowing in-vivo monitoring of the abundance of ribosomes. We monitored this strain in a microfluidics device designed for long-term imaging of individual cells in a continuous culture, and used this experimental setup to simulate a nutrient upshift by changing the input medium. We developed a Kalman smoothing method for extracting quantitative information about resource allocation to ribosome synthesis from the raw data. Even though our preliminary results do not allow to reach a final conclusion, they do suggest the presence of oscillatory patterns after an upshift that are reminiscent of the expected behavior.Our results demonstrate that the capability of regulatory systems to integrate information about several physiological variables is critical for optimizing growth in a changing environment. The proposed control scheme correctly reproduces the observed growth laws at steady state, but also predicts novel and unexpected behaviors when applied to a dynamical environment. Our improved understanding of the principles that govern the control of bacterial growth could be used for improving biotechnological processes, in particular those that use microorganisms to produce high valuable-added products for the chemical or biomedical industry.

PtaRHE1 is a poplar (Populus tremula x P. alba) gene encoding a REALLY INTERESTING NEW GENE (RING) domain-containing protein. RING proteins are largely represented in plants and play important roles in the regulation of many developmental processes as well as in plant-environment interactions. In this thesis, we present a functional characterization of PtaRHE1. To gain further insight into the role of this gene, molecular and genetic alteration approaches were used. The results of in vitro ubiquitination assays indicate that PtaRHE1 protein is a functional E3 ligase and this activity was shown to be specific with the human UbCH5a, among the tested ubiquitin-conjugating enzymes. Histochemical GUS stainings showed that the PtaRHE1 promoter is induced by plant pathogens and by elicitors such as salicylic acid and cellulase and is also developmentally regulated. In silico predictions and the transient expression of PtaRHE1-GFP fusion protein in N. tabacum epidermal cells revealed that PtaRHE1 is localized both in the plasma membrane and in the nucleus. The localization of expression of PtaRHE1 in poplar stem by in situ hybridization indicated that PtaRHE1 transcripts are localized within the cambial zone mainly in ray cells, suggesting a role of this gene in vascular tissue development and/or functioning. The overexpression of PtaRHE1 in tobacco resulted in a pleiotropic phenotype characterized by a curling of leaves, the formation of necrotic lesions on leaf blades, growth retardation as well as a delay in flower transition. Plant genes expression responses to PtaRHE1 overexpression provided evidence for the up-regulation of defence and/or programmed cell death (PCD) related genes. Moreover, genes coding for WRKY transcription factors as well as for MAPK, such as WIPK, were also found to be induced in the transgenic lines as compared to the wild type (WT). Taken together, our results suggest that the E3 ligase PtaRHE1 plays a role in the signal transduction pathways leading to defence responses against biotic and abiotic stresses. Identification of PtaRHE1 target(s) is required in order to fully assess the role of this E3 ligase in the ubiquitination-mediated regulation of defence response./<p>RÉSUMÉ<p><p><p>PtaRHE1 est un gène qui code pour une protéine possédant un domaine RING (REALLY INTERESTING NEW GENE) chez le peuplier (Populus tremula x P. alba). Les protéines de type RING sont très répandues chez les végétaux où elles jouent de rôles importants dans la régulation de plusieurs processus de développement et également dans les interactions plantes-environnement. Dans le cadre de ce travail, nous avons procédé à la caractérisation fonctionnelle du gène PtaRHE1. Dans le but de découvrir la fonction de ce gène, nous avons adopté une stratégie faisant usage d’approches moléculaires ainsi que de l’altération de l’expression génique. Les résultats obtenus montrent que la protéine PtaRHE1 est une E3 ligase et que cette activité enzymatique est spécifique à l’Ubiquitin-Conjugating enzym humaine UbCH5a. Les résultats du test histochimique GUS ont montré que le promoteur du gène PtaRHE1 est induit par des pathogènes et aussi par l’acide salicylique et la cellulase. Par ailleurs, ce promoteur est aussi régulé au cours du développement végétal. Les prédictions in silico et l’expression transitoire d’une fusion traductionnelle GFP-PtaRHE1, au niveau de l’épiderme des feuilles du tabac N. tabacum, ont révélé que la protéine PtaRHE1 se situe tant au niveau de la membrane cytoplasmique qu’au niveau du noyau. La localisation de l’expression du gène PtaRHE1, par les techniques d’hybridation in situ, montre que les transcrits de ce gène se retrouvent principalement au niveau des cellules de rayon, dans la zone cambiale, suggérant que ce gène pourrait jouer un rôle dans le développement ou la formation du tissu vasculaire. La surexpression du gène PtaRHE1 chez le tabac a conduit à l’obtention d’un phénotype pléiotropique caractérisé par un recroquevillement (incurvation) des feuilles, la formation des lésions nécrotiques sur le limbe, un retard de croissance ainsi qu’un retard dans la transition florale. L’analyse de la réponse de l’expression de différents gènes à la surexpression de PtaRHE1 a mis en évidence l’induction des gènes liés à la défense et ou à la mort cellulaire programmée. En outre, l’expression des gènes codant pour des facteurs de transcription WRKY et aussi des MAPKs, tel que WIPK, était aussi plus élevée chez les plantes transgéniques comparées au type sauvage. Les résultats de ce travail suggèrent que PtaRHE1, comme E3 ligase, pourrait jouer un rôle dans la transduction des signaux cellulaires conduisant aux réactions de défense contre les stress biotiques et abiotiques. L’identification de la (des) cible(s) de PtaRHE1 est indispensable pour la compréhension du rôle de cette protéine dans la régulation des réponses de défense par l’intermédiaire de l’ubiquitination.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La capacité des plantes à répondre aux stress de l'environnement, qu'ils soient de nature biotique ou abiotique, tient au fait qu'elles sont capables d'intégrer les signaux perçus grâce à des mécanismes de transduction du signal rapides et efficaces. La perception, le décodage et la mise en place de réponses biologiques adaptées font appel à de nombreux acteurs moléculaires tels que le calcium (Ca2+), second messager majeur de la signalisation Eucaryote. Parmi les "senseurs de calcium", la calmoduline (CaM) est la protéine la plus connue. Il existe des protéines apparentées à la CaM, spécifiques aux plantes, les Calmodulin-like (CMLs). Les CMLs sont très peu étudiées et la caractérisation de leurs rôles ouvre de larges perspectives sur l'identification des réseaux de régulation. L'objectif de ce travail de thèse a concerné un partenaire nucléaire d'une de ces CMLs, AtCML9, le Pseudo-Response Regulator 2 (PRR2), une protéine atypique contenant un domaine de liaison à l'ADN de type GARP et de fonction inconnue. Au cours de ce travail, des analyses moléculaires et biochimiques ont permis de caractériser le rôle de PRR2 dans l'immunité végétale, et en particulier en réponse à Pseudomonas syringae. L'étude de lignées perte ou gain de fonction a permis de mettre en évidence que PRR2 agit comme un régulateur positif des défenses lors de l'infection par la bactérie pathogène hémibiotrophe Pst DC3000 à travers la modulation de l'acide salicylique, de composés de défense tels que la protéine PR1 et la camalexine. Les analyses phénotypiques réalisées en réponse à différentes souches de Pseudomonas ont permis de préciser que PRR2 contribue à la mise en place des défenses à travers la signalisation dépendante de l'acide salicylique et de l'injection des effecteurs bactériens. Dans une deuxième partie, l'interaction entre PRR2 et des facteurs de transcription spécifiques aux plantes, les TCPs (Teosinte Branched 1, Cycloidea and PCF), a été étudié. Ces analyses ont montré une spécificité d'interaction entre PRR2 et TCP19 ou TCP20. Ces interactions stabilisent et relocalisent PRR2 dans des domaines nucléaires spécifiques. Ces données suggèrent une forte régulation post-traductionnelle de la protéine PRR2 qui pourrait s'avérer nécessaire à sa fonction biologique. / Plants are able to perceive and respond to diverse biotic or abiotic environmental cues. This ability relies on efficient signalling pathways that are ultimately associated with genetic reprograming. These responses involve various actors of the signalling pathways such as calcium (Ca2+) transients which act as a second messenger in eukaryotic cells. The variations in intracellular Ca2+ concentrations are perceived by calcium sensors. The calmodulin (CaM) is an ubiquitous Ca2+ sensor well studied both in animal and plant cells. Comparatively, plants also possess CaM-related proteins called Calmodulin-like (CMLs) which are less studied and their role in plant physiology are emerging. The objective of this PhD work was to perform the functional analysis of PRR2 (Pseudo-Response Regulator 2), a plant specific transcription factor (with a GARP DNA binding domain) previously identified as an AtCML9-interacting partner. Using diverse genetic tools, we were able to study the role of PRR2 in plant immunity using the model plant Arabidopsis thaliana and a phytopathogenic bacteria, Pseudomonas syringae. Our study has shown that PRR2 acts as a positive regulator of plant defenses upon bacterial infection. We show that PRR2 could act by modulating the biosynthesis of the salicylic acid (SA), and the production of defense-associated compounds such as PR1 and camalexin. Collectively our data indicate that PRR2 acts as a positive regulator of plant defense associated with SA. In the aim to better understand how PRR2 could be involved in different physiological responses, we search for PRR2-interacting partners. We have more precisely worked on the interactions between PRR2 and the TCPs (Teosinte branched 1, Cycloidea and PCF) which are also plant specific transcriptions factors involved in different biological processes. We showed that PRR2 specifically interact with TCP19 or TCP20. As consequences, these interactions stabilize PRR2 and relocalize the complex in specific nuclear subdomains.

Afin de faire face aux conditions environnementales défavorables, certains animaux réduisent drastiquement leur activité métabolique et leur température grâce à des phases de torpeur hivernal. L’objectif de cette étude est d’établir une signature moléculaire de chacune des phases d’hibernation. Pour cela, les variations d’expression de 21 gènes impliqués dans le contrôle des fonctions saisonnières (horloge circadienne, hormones thyroïdiennes, récepteurs à la mélatonine) et le métabolisme ont été étudiées dans 8 organes. Les résultats ont mis en évidence une augmentation ubiquitaire de l’expression des gènes Périodes indiquant un possible réajustement de l’horloge au début de la phase de réveil. Ainsi qu’une régulation spécifique des déiodinases induisant une augmentation de la synthèse de thyroxine dans le tissu adipeux brun et l’hypothalamus pendant la torpeur et le réveil. Le récepteur MT2 du hamster d’Europe a été partiellement caractérisé génétiquement et pharmacologiquement. A la différence d’autres espèces de hamster dont le récepteur MT2 est tronqué, le récepteur étudié semble être fonctionnel pour la mélatonine et pourrait être critique durant l’hibernation. / Living in the wild involves to cope with a variable seasonal environment availability. When winter is coming, animals use various strategies to adapt to hostile environment by limiting energy expenditure such as hibernation. In this study, expression of 21 selected genes was compared at different states of the hibernation cycle of the true hibernator European hamster. Level of mRNA encoding proteins involved in seasonal timing (melatonin receptors, thyroid metabolism, clock) and energy homeostasis were measured by digital droplet PCR in eight central and peripheral organs. During the arousal phase, Periods genes expression is increased in all organs indicating a possible resetting of body’s clocks at the beginning of the active period. The brown adipose tissue displays a specific regulation of deiodinases leading to increased synthesis of thyroxine during both torpor and arousal. The melatonin receptor MT2 of the European hamster had been partially cloned and pharmacologically characterized. While in most hamster species, MT2 is a natural knock out, the studied receptor seems to be functional and could be critical during hibernation.