Les mucines sont impliquées dans de nombreux mécanismes biologiques comme la cancérogenèse et les interactions hôte/pathogènes, faisant de ces glycoprotéines de potentielles cibles thérapeutiques ou diagnostiques. Il a, par exemple, été démontré une néoexpression de MUC5AC dans les tumeurs coliques et dans les foyers de cryptes aberrantes (FCA) qui apparaissent dès les premières étapes de développement du cancer du côlon. MUC5AC constitue ainsi un biomarqueur de choix pour le diagnostic et le pronostic du cancer du côlon. La première partie de notre travail de thèse a consisté à développer un produit de contraste adapté à l’imagerie du cancer du côlon. Pour cela, nous avons tout d’abord sélectionné, par la technique du phage display, un peptide affin vis-à-vis de MUC5AC qui a été préalablement purifiée à partir d’adénomes coliques humains. Ce peptide a ensuite été conjugué à la biotine et greffé à un produit de contraste pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM) (USPIO : Ultrasmall Particles of Iron Oxide). Cela nous a permis d’apporter la preuve de l’efficacité de détection par IRM des polypes pré-cancéreux dans des modèles animaux et cellulaires qui surexpriment MUC5AC et dans des tissus coliques humains. Dans l’estomac, MUC5AC est exprimée de façon physiologique et est impliquée dans l’adhésion d’Helicobacter pylori à la muqueuse gastrique. Cette adhésion est un prérequis aux pathologies induites par H. pylori. Dans la deuxième partie de notre travail de thèse, nous avons démontré que parmi les différents oligosaccharides portés par les mucines gastriques humaines, un nouveau type de O-glycane portant un motif LacdiNAc (LDN) était impliqué dans l’adhésion de la bactérie à la muqueuse gastrique. Le LDN est exclusivement porté par la mucine MUC5AC gastrique et son expression est corrélée à la localisation de H. pylori. Toutes les souches de H. pylori testées adhèrent fortement au LDN. L’analyse protéomique et la construction de mutants ont permis d’identifier une nouvelle adhésine bactérienne, LabA (LacdiNAc antigen binding adhesin) qui reconnait spécifiquement le LDN. Cette découverte permet de mieux comprendre les mécanismes d’adhésion d’H. pylori et son tropisme d’organe. Ces résultats sont le point de départ d’études visant à étudier l’implication du LDN dans la physiologie gastrique et l’homéostasie, mais aussi pour le développement de stratégies alternatives pour le traitement de l’infection à H. pylori. / Mucins are implicated in different biological phenomena such as cancer development and host/pathogen interactions. Mucins have thus been identified as promising therapeutic targets and have been proposed as potential prognostic or diagnostic markers.Improved detection sensitivity of early colorectal cancer would have important clinical applications. In this PhD thesis work, we report the development of new peptides against MUC5AC, a good marker of aberrant crypt foci (ACF), for the early diagnostic of colorectal cancer. Peptides have been identified by screening phage display peptide libraries against MUC5AC purified from fresh human colonic adenomas. One heptapeptide has been selected and further conjugated with biotin for immunohistochemistry studies and USPIO (ultrasmall superparamagnetic iron oxides) for nuclear magnetic resonance imagery (MRI). Its efficiency to detect MUC5AC has been evaluated on cellular and animal models which overexpressed this mucin, as well as on human colonic tissues. In stomach, MUC5AC is physiologically expressed and is implicated in adhesion of Helicobacter pylori to the gastric mucosa. This adhesion is a necessary prerequisite for the pathogenesis of H. pylori related diseases. Here we demonstrated that, among all the oligosaccharides expressed on human gastric mucins, a new type of O-glycan carrying a LacdiNAc motif is implicated in the binding of the bacteria to the gastric mucosa. LacdiNAc was exclusively carried by gastric MUC5AC mucin and its expression correlated with H. pylori localization. All strains tested adhere strongly to LacdiNAc. Proteomic analysis and construction of mutants allowed us to identify a novel bacterial adhesin, LabA (LacdiNAc antigen binding adhesin), which specifically recognizes LacdiNAc. These findings give new insights into the mechanisms of adhesion of H. pylori and its specific tissue tropism. We anticipate our results to be a starting point to study implication of LDN in gastric physiology and homeostasis and for development of alternative strategies for treatment of H. pylori infection.

La radiothérapie constitue l’un des principaux traitements pour l’éradication des cancers. Cependant, elle présente un risque d’effets secondaires aux tissus sains environnant la tumeur. Dans ce processus, le système vasculaire et plus particulièrement l’endothélium jouent un rôle clé. Les cellules endothéliales activées favorisent le recrutement chronique des thrombocytes et des leucocytes, contribuant ainsi aux effets secondaires. D’autre part, dans les maladies inflammatoires, les glycanes exprimés à la surface des cellules endothéliales sont modifiés et influencent le recrutement des cellules immunitaires. Dans cette étude, nous avons évalué la modification des glycanes endothéliaux en réponse à une irradiation à forte dose, et étudié les effets fonctionnels de ces modifications sur le recrutement des leucocytes en utilisant un modèle de cellules endothéliales (HUVECs) in vitro. Nos résultats apportent les premières preuves d’une modification du glycome des cellules endothéliales en réponse à l’irradiation. Les N-glycanes hautement mannosylés, les O-glycanes et les motifs sialylées sont surexprimés. Parallèlement, le glycocalyx endothélial semble subir une dégradation. Nous avons évalué l’effet fonctionnel des modifications glycanique des cellules endothéliales irradiées sur l’adhésion d’une lignée de monocyte (THP-1). Nos résultats montrent que l’adhésion radio-induite est en partie due à la surexpression endothéliale des N-glycanes hautement mannosylés. Nous avons aussi évalué le glycome sur un modèle de souris irradiées et sur des pièces opératoires de patients traités par radiothérapies. Nos résultats de transcriptomiques sur la souris suggèrent l’existence de modifications glycaniques radio-induites in vivo. L’intégration de la composante glycanique permet de porter un regard nouveau sur le continuum d’évènement qui conduit aux lésions tissulaires radio-induites. A l’avenir, l’étude du glycome pourrait ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques pour une meilleure prise en charge des effets secondaires de la radiothérapie. / Radiotherapy is one of the main treatments against cancers. However, it presents a risk of adverse effects for the normal tissues surrounding the tumors. The vascular network and especially the endothelium are considered as main targets to limit normal tissue damages and prevent side effects of radiotherapy. Activated endothelial cells are involved in the chronic recruitment of thrombocytes and leukocytes, resulting in tissue complications. On the other hand, in inflammatory diseases, the glycans expressed on the surface of endothelial cells are modified and lead to immune cells recruitment. We sought to evaluate changes in endothelial glycome in a context of exposure to high dose of radiation, and studied the functional consequences on the recruitment of leukocytes. In vitro, the characterization of the glycome was performed on a primary endothelial cell model (HUVEC). Our results provide the first evidences of an endothelial modification of the glycome after exposure to ionizing radiation. We report an overexpression of high mannose N-glycans, O-glycans and syalilated motifs. At the same time, endothelial glycocalyx appeared to be damaged by exposure to radiation. Next, we evaluated these radiation-induced modifications of endothelial glycans on monocyte adhesion. We show that the radiation induced adhesion was mediated by overexpression of high mannose N-glycans. We also investigated changes in glycome in an irradiated mouse model of enteropathy and in resections of patients treated with radiotherapy. In mice, a transcriptomic study suggests changes in glycans following radiation exposure. Collectively, these findings on glycome changes provide a new perspective of the continuum of events leading to normal tissue complications. In the future, the study of the glycome should open new therapeutics opportunities for better management of tissue damages induced by radiation.

Ce travail a confirmé le rôle protecteur de certains anticorps neutralisants dans la TME du VIH-1, a permis de suggérer que certaines souches seraient de bons indicateurs d’anticorps neutralisants associés à la protection, et a confirmé le rôle de la région V2 de l’enveloppe virale en tant que cible des anticorps neutralisants. Les caractéristiques moléculaires des virus transmis dans le contexte de la TME confortent les données en faveur de la transmission à l’enfant d’une population virale restreinte génétiquement. Une gp 120 plus compacte et une moindre glycosylation ne sont pas des caractéristiques des virus transmis de la mère à l’enfant. Cependant, deux sites de N-glycosylation semblent être sélectionnés chez les virus transmis. L’identification de deux cas de TME liés à des variants issus de recombinaisons entre variants maternels a confirmé la présence d’un « hot spot » dans la région C2 du gène env, et a révélé pour la première fois un second « hot spot » dans la région C3. / A lower risk of MTCT was associated with higher NAb titers against the CRF01_AE strain, MBA, in Thailand. The results suggest that some primary isolates may be useful indicators for identifying protective antibodies, and confirm the role of the V2 region in neutralization. We found that only viruses of a restricted subset were transmitted to the infant. We did not find that shorter gp120 or fewer PNGS were characteristics of viruses transmitted from mother to infant. However, a limited number of PNGS, particularly at positions N301 and N384, may confer an advantage on the virus to be transmitted. Moreover, we identified two cases that suggest that recombination probably contributed to adaptation of HIV-1 to its environment to be successfully transmitted from mothers to their infants. In addition, our data allow both to confirm, in natural in vivo conditions, a hot spot for recombination in the C2 region of HIV-1 envelope gene, and to suggest another hot spot in the C3 region.

The sujet de cette these portait sur la caractérisation de la machinerie originale utilisée par les Mimiviridae pour glycosyler les fibrilles entourant leurs capsides en travaillant sur les prototypes des 3 lignées connues, Mimivirus (A), Megavirus chilensis (B) et Moumouvirus australensis (C). Les fibrilles de Mimivirus sont décorées par 2 polysaccharides différents :l’un est caractérisé par la répétition d’un disaccaride linéaire fait de 3)-α-L-Rha-(1→3)-β-D-GlcNAc-(1→, avec un pyruvate branché en position 4,6 du GlcNAc ; l’autre présente une unité répétée branchée de séquence 2)-α-L-Rha-(1→3)-β-D-GlcNAc-(1→ pour le squelette linéaire et du rhamnose branché en position 3 par de 2OMeVioNAc. Nous avons suggéré que les fibrilles de Megavirus sont décorées par plus d'une espèce de polysaccharides/oligosaccharides, donc l’un ayant présentant un trisaccharide de RhaNAc:α-L-4OMe-RhaNAc-(1→3)-α-L-RhaNAc-(1→3)-α-L-RhaNAc-(1→. Les fibrilles de Moumouvirus sont décorées de glucosamine, quinovosamine et bacillosamine. A partir de ces données expérimentales il devenait possible de rechercher de nouveaux gènes responsables de ces glycosylations spécifiques. Le cluster de 9 gènes déjà publié de Mimivirus a pu être étendu à 13 gènes. Un cluster de 14 gènes a été d’autre part identifié dans le génome de Moumouvirus, le premier cluster de gènes de la glycosylation identifié dans la lignée B. Parmi les gènes de glycosylation, l’analyse fonctionnelle in vitro de la protéine L142 a permis de démontrer qu’il s’agit d’une N-acétyltransferase. En conclusion, les fibrilles des Mimiviridae sont lourdement glycosylées and le type de sucres et leur organisation dépend de la lignée considérée. / The aim of this thesis is the study of the innovative glycosylation machinery used by the Mimiviridae family for the glycosylation of the fibrils sourrounding their capsid, using Mimivirus, Moumouvirus australensis and Megavirus chilensis as prototypes of lineages A, B and C, respectively. Mimivirus fibrils are decorated with two distinct polysaccharide: one is characterized by a linear disaccharide repeating unit made of 3)-α-L-Rha-(1→3)-α-D-GlcNAc-(1→, with a pyruvic acid branched at position 4,6 of GlcNAc.; the other has a branched repeating unit with the sequence 2)-α-L-Rha-(1→3)-β-D-GlcNAc-(1→ in the linear backbone and rhamnose further branched at position 3 by viosamine methylated at position 2 and acetylated at position 4. We suggested that Megavirus chiliensis fibrils are decorated by more than one polysaccharides/oligosaccharide species, one having this trisaccharide: α-L-4OMe-RhaNAc-(1→3)-α-L-RhaNAc-(1→3)-α-L-RhaNAc-(1→. Moumouvirus australensis fibrils are decorated with glucosamine and quinovosamine in addition to the rare sugar, bacillosamine. Starting from this experimental data, it was possible to identify new genes involved in glycosylation. As a result, the published nine-gene cluster of Mimivirus was extended to thirteen genes. A different cluster of fourteen genes was identified in Moumouvirus australensis, representing the first glycosylation gene cluster identified for the B lineage.Among the glycosylation genes, the function of L142 was investigated in vitro, demonstrating that it is an N-acetyltransferase. To conclude, the fibrils of Mimiviridae are heavily glycosylated and the type of sugars and their organization depends on their lineage.

Les oligosaccharides et les glycoconjugués jouent des rôles essentiels dans de nombreux processus biologiques. Cependant, leur synthèse est plus complexe que la majorité des autres biomolécules. Le principal défi réside souvent dans la formation de la liaison glycosidique. Il est donc toujours nécessaire de développer des réactions de glycosylation efficaces et totalement stéréosélectives, utilisant de nouveaux donneurs et permettant d'accéder à des structures glycosidiques à différentes échelles. Ces réactions sont d'autant plus intéressantes si elles utilisent des promoteurs peu chers, peu toxiques et peu dangereux pour l'environnement, comme des sels de fer. Dans ce cadre, la formation directe de b-glycosides de la N-acétyl-D-glucosamine par catalyse au triflate de fer(III) a été étudiée. Cette glycosylation peut être réalisée sous irradiation micro-ondes ou en flux continu. Les conditions d'activation sous micro-ondes ont ensuite été étendues à la synthèse de motifs de N-glycanes complexes. Cette synthèse consiste en une étape de polyglycosylation au triflate de fer(III), combinée à une étape d'introduction d'un lien moléculaire, via une nouvelle glycosylation ou une réaction de la chimie click. Enfin, une a-mannosylation utilisant le triflate de fer(III) a été découverte et mise au point. Cette glycosylation, réalisée sous activation micro-ondes, est totalement stéréosélective, même en l'absence de groupement participant. / Oligosaccharides and glycoconjugates are involved in numerous biological events. However, their synthesis is generally more complex than for other biomolecules. The main challenge is often the generation of the glycosidic bond. For this reason, it is still important to develop efficient and stereoselective glycosylations, which afford glycosides in significant amounts using new donors. These reactions are even more attractive if the promoter used is cheap, non-toxic and environmentally friendly, like iron salts. In this context, the direct synthesis of b-glycosides of N-acetyl-D-glucosamine using catalytic iron triflate(III) has been developed. This glycosylation can be performed under microwave irradiation or in continuous flow. The microwave-assisted conditions were then extended to the synthesis of complex N-glycan mimics. This synthesis is based on a polyglycosylation reaction using an iron(III) triflate catalysis coupled to another glycosylation or a click reaction to introduce a functionalized linker. Finally, an a-mannosylation promoted by iron(III) triflate has been developed. This glycosylation, performed under microwave irradiation, is completely stereoselective, even without neighbouring group participation.

Cette thèse porte sur la méthode de marquage métabolique de glycanes. Elle consiste à utiliser des monosaccharides modifiés pouvant être métaboliquement introduits sur la membrane externe des cellules. Deux cibles ont été choisies, les bactéries Legionella pneumophila, et des cellules eucaryotes (lignée cellulaire du cancer de la prostate, PC3).Différents analogues saccharidiques ont été synthétisés pour les deux cibles portant différents rapporteurs chimiques, notamment des fonctions azoture, alcyne terminal, alcène terminal, cyclopropène et cétone. Une voie de synthèse commune a été développée mettant en jeu des dérivés d’esters de N-hydrosuccinimide et des dérivés saccharidiques amino, tels que la D-mannosamine, la D-galactosamine et le L-fucose pour les cellules eucaryotes et des analogues d’un précurseur de l’acide légionaminique pour les bactéries Legionella pneumophila.Des essais de marquages métaboliques de glycanes ont été effectués sur Legionella pneumophila. Pour cela, différents dérivés saccharidiques ont été incorporés par les bactéries, puis la révélation des rapporteurs chimiques avec des groupements complémentaires a été évaluée (azoture-cyclooctyne, alcène-tétrazine, cétone-hydrazide/alkoxyamine). La détection a été réalisée soit directement (fluorophore sur le partenaire), soit indirectement (reconnaissance d’un groupement biotine par une streptavidine portant un fluorophore). Les bactéries ont été ensuite observées par microscopie photonique et les observations ont mis en évidence un marquage membranaire.Pour les cellules eucaryotes (PC3), des essais de marquage métabolique ont été effectués afin de vérifier l’incorporation des monosaccharides modifiés via une détection par fluorescence. Une série d’outils portant les fonctions complémentaires aux rapporteurs chimiques, notamment un dérivé de cyclooctyne (TMDIBO) et un dérivé de tétrazine ont été synthétisés. Ils ont été couplés à des dérivés de biotine afin d’obtenir des outils pour la microscopie photonique et à des ARMs (Antibody Recruiting Molecules), tel que le 2,4-dinitrophényle et le rhamnose, en vue d’une potentielle approche thérapeutique. Celle-ci consiste à combiner l’incorporation de monosaccharides modifiés et leur réaction avec un partenaire portant des ARMs, afin de recouvrir la surface des cellules par ces motifs. Les ARMs en présence de sérum humain vont ensuite activer le complément conduisant à la lyse des cellules marquées. Des tests de marquage métabolique ont été réalisés avec les outils couplés aux ARMs et une détection par fluorescence a permis de vérifier la présence des ARMs à la surface des cellules. Des premiers essais ont été effectués avec du sérum humain et des optimisations sont à réaliser.Le marquage métabolique de glycanes est une méthode efficace afin de détecter par fluorescence les bactéries Legionella pneumophila à l’aide d’analogues d’un précurseur de l’acide légionaminique et les cellules eucaryotes PC3 via des dérivés d’autres monosaccharidiques. Le marquage obtenu dans les deux cas est membranaire. Cette méthode permet éventuellement de combiner des aspects d’imagerie ou de diagnostic, avec différentes approches thérapeutiques. / This PhD work focuses on glycans metabolic labeling. This method uses a modified monosaccharides bearing a chemical reporter. The unnatural monosaccharide is metabolically incorporated into glycans. Two targets were selected, Legionella pneumophila bacteria and prostate cancer cells (PC3).Various saccharidic analogs were synthesized carrying several chemical reporters, like azide, terminal alkyne, terminal alkene, cyclopropene and ketone functions. A common synthetic strategy was developed using N-hydrosuccinimide ester derivatives and amino monosaccharides, such as D-mannosamine, D-galactosamine and L-fucose for eukaryotic cells and analogs of a legionaminic acid precursor for Legionella pneumophila bacteria.Differents metabolic labeling of glycans were carried out on Legionella pneumophila. Various sugar derivatives were incorporated by bacteria, then the reporter group was reacted selectively and covalently with a complementary function (azide-cyclooctyne, alkene-tetrazine, ketone-hydrazide/alkoxyamine). Bacteria were visualized with an imaging probes by light microscopy (directly: partner bearing a fluorophore, indirectly: recognition of a biotin group by a fluorescent streptavidin). The results highlighted outer membrane labeling.For eukaryotic cells (PC3), metabolic oligosaccharides engineering has been accomplished to check chemical reporter analogs incorporation via detection with fluorescent probes. A series of tools carrying functions complementary to the chemical reporters was synthesized, such as cyclooctyne derivatives (TMDIBO) and tetrazine derivatives. These derivatives were combined with biotin groups for detecting tools or with Antibody Recruiting Molecules (ARMs), such as 2,4-dinitrophenyl and L-rhamnose, for potential therapeutic approaches. The concept focuses on the combination of metabolic glycan labeling and the activation of human serum complement by ARMs to kill selectively labeled cells. First, ARMs labeled cells was checked by recognition of fluorescent anti-ARMs antibodies. Then, metabolic glycan labeling and human serum complement activation has been evaluated but the complement activation protocols still need to be optimized.Metabolic labeling of glycans is an effective method to detect, by fluorescence, Legionella pneumophila bacteria using analogs of a legionaminic acid precursor and eukaryotic cells (PC3) with monosaccharide derivatives. The labeling was observed on the membrane of the two targets. This method can potentially combine imaging or diagnostic aspects with various therapeutic approaches.

Les glycanes sont des biomolécules constituées d’un enchainement de monosaccharides liés entre eux par des liaisons glycosidiques. La nature et l’abondance des monosaccharides constituant la chaine glycanique ainsi que l’agencement des motifs de glycosylation diffèrent fortement en fonction de l’organisme d’origine. La biosynthèse et la dégradation de ces architectures polysaccharidiques sont finement régulées par des systèmes enzymatiques spécifiques et sont organisées au sein des divers compartiments cellulaires. Les glycanes interviennent dans divers processus biologiques : réserves énergétiques, repliement et stabilité protéique, reconnaissance cellulaire et adhésion à la matrice extracellulaire.Cette thèse porte sur la synthèse et l’utilisation de composés permettant le marquage métabolique des glycanes de cellules eucaryotes (lignée cellulaire du cancer de la prostate, PC-3) ou de bactéries didermes à mycomembranes (Corynebacterium glutamicum).Les composés synthétisés ou utilisés dans cette thèse sont des saccharides fonctionnalisés par un groupement bio-orthogonal (groupements azido, alcyne ou méthylcyclopropène) ou des outils de marquage porteurs simultanément d’un groupement bio-orthogonal complémentaire (groupements cyclooctyne ou tétrazine) et d’une étiquette pouvant être détectée par une macromolécule fonctionnalisée par des fluorophores (D-biotine/stréptavidine ou 2,4-DiNitroPhénol/ anticorps anti-DNP). La solubilité, en milieu aqueux, des outils de marquage est un facteur limitant leur utilisation. Une partie des travaux de cette thèse a consisté à développer des outils de marquage plus solubles en milieu aqueux, par l’ajout d’un motif -sulfo--alanine. Ce motif porte une fonction acide sulfonique qui est déprotonée, à pH physiologique, favorisant ainsi la solubilité en milieu aqueux.L’incorporation métabolique des saccharides fonctionnalisés ainsi que la capacité des outils à marquer les cellules (après incorporation métabolique) est évaluée, sur l’un ou l’autre des modèles biologiques, par analyse en cytométrie en flux ou par microscopie confocale. / Glycans are biomolecules made up of a chain of monosaccharides bound together by glycosidic bonds. The nature and abundance ofmonosaccharides forming the glycanic chain and the arrangement of glycosylation patterns differ greatly depending on the organism of origin. The biosynthesis and degradation of these polysaccharide architectures are finely regulated by specific enzymatic systems and are organized within the various cell compartments. Glycans are used in various biological processes: energy reserves, protein folding and stability, cell recognition and adhesion to the extracellular matrix.This thesis focuses on the synthesis and use of compounds allowing the metabolic labeling of glycans of eukaryotic cells (cell line of prostate cancer, PC-3) or of diderm bacteria with mycomembranes (Corynebacterium glutamicum).The compounds synthesized or used in this thesis are saccharides functionalized by a bio-orthogonal groups (azido, alkyne or methylcyclopropene groups) or labeling tools simultaneously carrying a bio-orthogonal complementary function (cyclooctyne or tetrazine groups) and a label that can be detected by a macromolecule functionalized by fluorophores (D-biotin/streptavidine or 2,4-DiNitroPhenol/ anti-DNP antibodies). The solubility of labeling tools in aqueous media is a limiting factor. Part of the work of this thesis has been to develop more water-soluble labeling tools by adding a -sulfo--alanine pattern. This pattern has a sulfonic acid function, which is deprotonated at physiological pH, thus promoting aqueous solubility.The metabolic uptake of functionalized saccharides and the ability of tools to label cells (after metabolic uptake) are evaluated in either biological model, by flow cytometry analysis or confocal microscopy.