Les métallochaperones à cuivre assurent l'acheminement des ions Cu(I) vers des protéines cibles dans la cellule. Les métallochaperones de la famille d'Atx1 présentent une forte homologie de séquence et le même repliement. MerP, une métallochaperone à mercure, partage ces même caractéristiques de séquence et de structure. <br />Cette thèse vise à mettre en évidence des propriétés dynamiques et structurales responsables de la sélectivité des métallochaperones pour le Cu(I) ou le Hg(II) . Des simulations de dynamique moléculaire des métallochaperones à cuivre, Atx1 et Hah1, et de MerP, dans leurs formes apo, et liées au Cu(I) ou au Hg(II), ont révélé des caractéristiques dynamiques et énergétiques communes aux trois métallochaperones quand elles chélatent leur métal natif. Un réseau d'interactions entre la boucle du site de chélation du métal et deux autres boucles situées autour de ce site, a été identifié et varie d'un état métallé à l'autre. Il pourrait ainsi définir une éventuelle sélectivité pour les métaux. La boucle du site de chélation montre une grande structuration en présence de métal, accompagnée d'une rigidification si ce métal est le métal natif. Les expériences d'absorption de rayons X du Cu(I) chélaté par Atx1 ont montré que le Cu(I) possède toujours une géométrie trigonale dont les ligands sont les deux cystéines du site de chélation, et un ligand endogène ou exogène. Atx1 présente donc au Cu(I) une géométrie qui lui est préférentielle. Cette propriété est un déterminant de la sélectivité au Cu(I) par rapport à d'autre métaux. En présence de glutathion, le complexe Atx1-Cu(I) forme un homodimère binucléaire associé à deux molécules de glutathion. L'implication de ce ligand exogène est proposée comme un facteur de sélectivité in vivo d'Atx1 pour le Cu(I) , et pourrait favoriser la reconnaissance par Atx1 de sa protéine cible.

L'induction par un hôte d'un stress oxydatif chez un parasite représente l'une des stratégies de défense chimique les plus répandues. Chez les Brassicacées, famille de plantes comprenant des espèces à fort intérêt agronomique comme le chou ou le colza, ou d'intérêt scientifique comme Arabidopsis thaliana, le stress oxydatif peut être généré soit par des formes actives d'oxygène libérées au niveau de la zone d'agression lors du burst oxydatif soit par des molécules issues du métabolisme secondaire de la plante telles que les isothiocyanates (ITC). Bien que fortement exposé à un tel stress lors de l'infection, Alternaria brassicicola, champignon pathogène nécrotrophe inféodé aux Brassicacées, est capable d'accomplir son cycle parasitaire et donc de s'y adapter. Cette thèse met en évidence que la tolérance du champignon aux stress oxydatif est partiellement dépendante du métabolisme du mannitol qui participe à la résistance des conidies lors du burst oxydatif in planta ou à la protection contre les dommages intracellulaires des FAO générées par les ITC lors des phases précoces de l'interaction. Les travaux réalisés montrent également que la charge fongitoxique des dérivés des glucosinolates peut être inhibée par leur conjugaison au glutathion via des Glutathion-Stransférases (GST) spécifiques. L'altération du métabolisme du mannitol ou l'inactivation de ces GST diminue significativement le pouvoir pathogène d'A. brassicicola et la régulation de ces voies métaboliques est donc à considérer dans l'optique de développer de nouvelles stratégies de protection des cultures.

Les mécanismes de complexation et d'accumulation des radionucléides au niveau cellulaire et moléculaire sont complexes et mal connus car les études sur ces sujets sont peu nombreuses. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié les interactions de l'europium (analogue des actinides trivalents) et d'un actinide : l'uranium (VI), avec des molécules biologiques d'intérêt : les phytochélatines. Leur rôle est de protéger les cellules contre les intrusions de métaux lourds non essentiels (donc toxiques). Ces protéines sont donc susceptibles d'être impliquées dans les mécanismes de séquestration des radionucléides chez le vivant. Elles ont toutefois une structure complexe, c'est pourquoi, afin de mieux comprendre leur réactivité, nous avons étendu nos études aux sous entités qui les constituent (acides aminés et glutathion). <br />Nous avons en particulier déterminé la spéciation en solution (stoechiométrie, structure) ainsi que les constantes d'équilibre associées à la formation de ces espèces. Ces études ont été menées par Spectrofluorimétrie Laser à Résolution Temporelle (SLRT), ElectroSpray-Spectrométrie de Masse (ES-SM), Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), spectroscopie Infra-Rouge à Transformée de Fourier (IRTF) et Spectroscopie d'Absorption X (EXAFS). La détermination des constantes d'équilibre nous a permis de conclure que le pouvoir complexant de ces molécules vis-à-vis des radionucléides était modéré (log10K1 < 3, à pH 3 ou 6), les espèces formées sont mononucléaires avec une seule molécule de ligand (1:1). L'interaction se fait via les groupements durs (oxygénés). La complexation directe de l'europium par des molécules de phytochélatines à pH acide a été étudiée conjointement par SLRT et ES-SM. Le pouvoir complexant de ces molécules est bien supérieur à celui du GSH dont elles sont pourtant issues. Outre les travaux menés sur des solutions synthétiques reproduisant les conditions « biologiques » (pH proche de la neutralité, force ionique 0,1 mol/L, etc.), des tests de contamination cellulaire ont été réalisés. La quantification de l'europium intégré a montré que celles-ci sont capables d'incorporer significativement l'europium.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Ecotoxicologie : Toulouse, INPT : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 524 réf.

Thèse de doctorat : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie : Strasbourg 1 : 2007. Thèse de doctorat : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie : Sofia - Bulgarie : 2007. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 143-155.

Thesis (doctoral)--Freie Universiẗat, Berlin, 2003.

Universiẗat, Diss., 2005--Würzburg. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2005.

L'utilisation des levures en industrie est indissociable de sa transformation à l'état déshydraté. Le procédé de séchage provoque un certain nombre de dysfonctionnements dans les cellules de levure qui affectent leur fonctionnalité et leur viabilité. Afin de protéger les levures au cours de la déshydratation, des additifs alimentaires sont souvent utilisés comme les émulsifiants et les antioxydants. Cependant, les levures sont capables de produire naturellement des substances protectrices, telles que le glutathion (GSH) et le tréhalose (TRE). Dans ce contexte, trois souches non-Saccharomyces (NS) appartenant aux genres et espèces Torulaspora delbrueckii, Metschnikowia pulcherrima et Lachancea thermotolerans ont été étudiées. En effet, malgré leur intérêt pour de multiples applications agro-alimentaires, leurs mécanismes de résistance à la déshydratation associés à la synthèse de GSH et de TRE sont à l’heure actuelle méconnus. Cette investigation peut permettre à terme la formulation de nouvelles souches de levure NS sous forme sèche, sans aucuns additifs. Dans un premier chapitre, l’impact de la déshydratation de la levure « modèle » Saccharomyces cerevisiae en lit fluidisé pré-pilote a été corrélé à la synthèse du GSH et du TRE. Ainsi, il a été possible d’élucider les effets de la modulation de la composition du milieu de culture afin d'optimiser la conservation des cellules avant, pendant et après la déshydratation. Dans un deuxième chapitre, les conditions précédemment définies ont été appliquées aux levures NS afin de comprendre les effets de la déshydratation sur leur fonctionnalité. Cette étude a démontré que le GSH joue un rôle important dans la protection des levures NS, en fonction des conditions de culture et de déshydratation utilisées. Dans un troisième chapitre, certains phénomènes de résistance à l'oxydation des trois souches NS ont été étudiés. Il a été clairement démontré que la sensibilité des cellules à l’attaque oxydante dépend des conditions de culture-déshydratation et est inhérente à la souche étudiée. Enfin, dans un quatrième chapitre, une étude approfondie au niveau biochimique de la souche de levure la plus sensible, L. thermotolerans, a été réalisée par la micro-spectroscopie infrarouge avec rayonnement synchrotron. Les cellules cultivées en GSM, milieu favorisant la synthèse du glutathion, en plus de présenter une meilleure viabilité, montrent une plus grande intensité dans les bandes spectrales des lipides CH2 et CH3, associées à la fluidité de la membrane plasmique. Par ailleurs, les cellules cultivées en milieu TSM, milieu favorisant la synthèse du tréhalose, présentent une dénaturation plus élevée des protéines marquée par une intensité plus élevée des pics de feuillet β, et une intensité plus élevée des groupements C=O (oxydes lipidiques) corrélée à la peroxydation lipidique. Ces deux phénomènes expliquent la diminution de la viabilité obtenue sur cette souche lors de sa déshydratation. Les connaissances fondamentales acquises dans le cadre de cette étude seront utiles pour obtenir de nouvelles souches de levures déshydratées sans additifs et à hautes performances. Elles contribuent également à l’amélioration des méthodes de formulation et de déshydratation actuellement utilisées en industrie. / The use of yeasts in industry is inseparable from their ability to be produced and dehydrated. This dehydration process causes various dysfunctions in yeast cells that affect their functionality and viability. In order to protect yeasts from dehydration, food additives are often used as emulsifiers and antioxidants. However, yeasts are able to produce naturally protective substances, such as glutathione (GSH) and trehalose (TRE). In this context, three non-Saccharomyces (NS) strains, belonging to the different genera and species Torulaspora delbrueckii, Metschnikowia pulcherrima and Lachancea thermotolerans, were studied in this thesis. Despite the great interest aroused by their multiple agro-food applications, their dehydration resistance mechanisms associated with the synthesis of GSH and TRE, are currently unknown. This study is ultimately aimed at the formulation of new NS yeast dried strains without any food additives. In a first chapter, the impact of the “reference yeast” Saccharomyces cerevisiae dehydration in a pre-pilot fluidized bed has been correlated with the synthesis of GSH and TRE. It was possible to modulate the culture medium composition in order to optimize cell preservation before, during and after dehydration. In a second chapter, the previously defined conditions were applied to NS yeasts strains in order to understand the effects of dehydration on their microbial functionality. This study demonstrated that GSH plays an important role in NS yeasts protection, depending on the culture and dehydration conditions. In a third chapter, some oxidation resistance phenomena of the three NS strains were studied. It was clearly demonstrated that the susceptibility of cells to oxidative attack was dependent on culture-dehydration conditions and was yeast strain-dependent. Finally, in a fourth chapter, an in-depth biochemical study of the most dehydration-sensitive yeast strain, L. thermotolerans, was performed by synchrotron FTIR micro-spectroscopy. Cells grown in GSM (medium favoring the production of GSH), besides showing a better viability, showed a greater intensity in the spectral bands of lipids CH2 and CH3, associated with the plasma membrane fluidity. In addition, TSM grown cells (TSM is a medium favoring the production of TRE) exhibited a higher protein denaturation, suggested by the intensity of β-sheet peaks, and C=O (lipid oxides) bands correlated with lipid peroxidation. These data can explain the decreased of viability of this strain during production-dehydration process. The fundamental knowledge acquired in this study will be useful to obtain new dehydrated yeast strains without additives and with high performance. It will be useful also to improve the formulation and dehydration methods currently used in industry.

La Multidrug resistance Protein 1 (MRP1) est impliquée dans le phénotype de résistance multiple aux médicaments (MDR) des cellules cancéreuses. Les substrats physiologiques de MRP1 comprennent notamment le glutathion (GSH). Certains médicaments anti-cancéreux tels que la doxorubicine sont co-transportés avec le glutathion. Pour contourner le phénotype MDR induit par MRP1, nous proposons une nouvelle stratégie thérapeutique basée sur la sensibilité collatérale (SC) des cellules résistantes surexprimant MRP1. Certains composés, comme le vérapamil, provoquent la mort sélective des cellules résistantes (les cellules témoins ne sont pas affectées) en stimulant l'efflux du glutathion médié par MRP1. La déplétion intracellulaire très rapide et très forte du glutathion induit probablement un stress oxydatif déclenchant la mort cellulaire. Nous avons identifié de nouveaux agents de sensibilité collatérale puissants in vitro et nous avons montré l'effet du meilleur composé sur la réduction de la croissance des tumeurs chimiorésistantes chez la souris. Nous avons étudié le mécanisme moléculaire d'action des agents de SC et identifié un résidu, localisé dans une région inattendue, impliqué dans la stimulation de l'efflux de glutathion induit par ces molécules / Multidrug resistance Protein 1 (MRP1) is involved in the multidrug resistance (MDR) phenotype of cancer cells. Physiological substrates of MRP1 include glutathione (GSH) and drugs such as doxorubicin are co-transported with glutathione. To circumvent the MDR phenotype induced by MRP1, we propose a new therapeutic strategy based on collateral sensitivity (CS) of resistant cell expressing MRP1, its overexpression becoming the Achilles heel of the cell. Some compounds, like verapamil, act as MRP1 modulators. They trigger selective death of resistant cells (control cells are not affected) by stimulating MRP1-mediated glutathione efflux. The fast and huge intracellular depletion of glutathione probably induces an oxidative stress triggering cell death. We identified new potent collateral sensitivity agents in vitro and we checked the effect of the strongest compound on reducing resistant tumor growth in nude mice. We studied the molecular mechanism of action of CS agents and identified an unexpected residue involved in the stimulation of glutathione efflux induced by these molecules

Dans le but de protéger la levure Saccharomyces cerevisiae pendant la déshydratation, deux stratégies ont été envisagées pour améliorer la survie cellulaire. D’une part, le renforcement de la résistance à l’oxydation (protection interne) a été réalisé par l’enrichissement en glutathion intracellulaire de la levure. D’autre part, l’encapsulation par la méthode couche-par-couche (layer-by-layer) en utilisant deux biopolymères β-lactoglobuline et alginate a été utilisée pour la protection externe de la levure. Un milieu adéquat ainsi que des conditions favorables de culture permettant l’enrichissement en glutathion intracellulaire ont été déterminés. La composition du milieu est riche en nutriments et précurseurs du glutathion se composant de 30 g/L de glucose, 30 g/L d’extrait de levure, 0,6 g/L de KH2PO4 et 0,6 g/L de cystéine. Le succès de l’encapsulation a été confirmé par différentes méthodes d’analyse comme la zétamétrie, la microscopie électronique et la spectroscopie infrarouge. Le dépôt des trois couches de β-lactoglobuline/alginate/β-lactoglobuline n’a pas affecté l’intégrité membranaire et la croissance de la levure. De plus, la perméabilité membranaire n’a pas été empêchée par la présence de cette barrière biopolymérique. L’effet de l’enrichissement en glutathion et de l’encapsulation sur la résistance de la levure dans les conditions de déshydratation choisies a été mesuré par l’estimation de la survie, les modifications biochimiques et le métabolisme des cellules. Les résultats ont montré que la levure enrichie en glutathion présente une meilleure survie après la déshydratation. De plus, la survie de la levure est améliorée par l’encapsulation, en particulier pendant la déshydratation à 45 °C. L’analyse des résultats d’infrarouge a relevé un point commun dans la relation entre les propriétés biochimiques de la cellule et la survie cellulaire. Plus le groupement méthyle (CH3) est important, plus la survie est importante. Le rôle du glutathion dans la protection de la levure a également été mis en évidence pendant la déshydratation. Il semblerait que l’action du glutathion oxydé ait été mise en place après l’intervention du glutathion réduit. De plus, la protection interne par le glutathion a permis à la levure de résister au stress chimique alors que la protection externe par encapsulation renforce la résistance contre les stress physique ou mécanique. Les résultats de la thèse pourront être utiles pour la recherche des nouvelles technologies de production et de protection des levures fragiles actives. / In order to protect the Saccharomyces cerevisiae yeast during dehydration, two strategies were used to improve cell survival. Strengthening cell resistance (internal protection) was performed by improving the concentration of intracellular glutathione in yeast. Encapsulation was performed by layer-by-layer method using two biopolymers β-lactoglobulin and alginate for the external protection of the yeast. The adequate medium culture and favorable growing conditions for glutathione enhancement were determined. The composition of the culture medium is rich in nutrients and glutathione precursors consisting in 30 g/L glucose, 30 g/L yeast extract, 0.6 g/L KH2PO4 and 0.6 g/L cysteine. The success of encapsulation was confirmed by different analytical methods such as zetametry, electron microscopy and infrared spectroscopy. The deposition of three layers of β-lactoglobulin/alginate/β-lactoglobulin did not affect membrane integrity and the growth of yeast. Furthermore, the membrane permeability was not affected by the presence of this biopolymer barrier. The effect of glutathione and encapsulation on the resistance of the yeast in dehydrating conditions was measured by the estimation of cell survival, biochemical modification and cellular metabolism. The results showed that the glutathione-enriched yeast present higher survival after dehydration. Moreover, the survival of the yeast was improved by the encapsulation. These observations were clearly obtained in dehydration conditions at 45 °C. Infrared analysis identified a common point in the relationship between biochemical property and cell survival. Higher survival was observed when the yeast was characterized by methyl group (CH3). The role of glutathione in yeast protection was highlighted during dehydration. It seemed that the action of oxidized glutathione was set up after the intervention of reduced glutathione. In addition, the internal protection by glutathione allowed the yeast to resist to chemical stress while the external protection by encapsulation enhances the resistance against physical or mechanical stress. These results can be useful for the research of new technology in fragile yeast production and protection.