Les estrogènes contribuent au contrôle de l'expression de nombreux gènes cibles en interagissant avec les Récepteurs aux Estrogènes (RE). Ces récepteurs sont des facteurs de transcription qui interagissent avec une séquence cis-régulatrice, appelée Elément de Réponse aux Estrogènes (ERE). Un criblage de molécules capables de lier les RE et de moduler l'expression génique apporte un intérêt thérapeutique (ménopause, cancers hormonodépendant) et des intérêts dans les domaines de la santé publique et de l'écologie (perturbateurs endocriniens). Nous avons développé deux modèles de biocapteurs reposant sur le principe de Résonance Plasmonique de Surface. Une telle démarche permet de réduire le coût et le temps expérimental nécessaire au criblage d'une chimiothèque. Par ailleurs, la validation de l'utilisation de tels outils nécessite la corrélation des résultats à ceux obtenus à l'aide d'un modèle biologique plus complexe. Ainsi, nous avons développé, un modèle de cellules humaines de cancer du sein (MCF-7) transfectées par un vecteur rapporteur. La mise en place en parallèle de ces deux modèles a permit d'identifier un nouveau phytoestrogène agoniste de REa : la 7-O-ß-Dglucopyranolychrysine. L'un de nos biocapteurs est compatible avec l'étude des interactions protéines/protéines. Nous avons donc appliqué ce modèle à la recherche de partenaires de la protéine GEC1 codé par un gène régulé par les estrogènes. En conclusion, nous avons développé en parallèle des biocapteurs ADN/protéine et un modèle cellulaire permettant l'identification de xénoestrogènes (7-O-ß-D-glucopyranolychrysine), ainsi qu'un biocapteur protéines/protéines permettant le criblage de partenaires protéiques.

La caractérisation à haut débit des interactions protéines-protéines a permis d'établir les premières cartes d'interactions de différents organismes modèles, y compris l'homme. Cependant, la caractérisation structurale des assemblages protéiques reste limitée à un nombre très faible de ces interactions. En mettant en évidence une pression de sélection évolutive spécifique aux interfaces de complexes protéiques, ce travail a permis d'élucider certains mécanismes évolutifs essentiels à l'association entre protéines qui n'avaient pas été décrits jusqu'à présent. Sur cette base, une nouvelle approche bioinformatique, nommée SCOTCH (Surface COmplementarity Trace in Complex History), a été développée pour prédire la structure des assemblages macromoléculaires. Couplée à un programme d'amarrage moléculaire, tel que SCOTCHer, également développé au cours de cette thèse, cette approche a permis de prédire efficacement la structure d'un grand nombre de complexes. Ce travail de thèse s'est également concentré sur l'inhibition des interactions protéiques par des mini-protéines, conçues de façon rationnelle sur la base des structures de complexes. Les résultats obtenus pour deux exemples, celui du complexe Asf1 – Histone H3/H4 et du complexe gp120 – CD4 témoignent du fort potentiel du design rationnel d'interfaces de complexes pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Les domaines thymosineβ/WH2 sont une famille de protéines intrinsèquement désordonnées impliqués dans le remodelage du cytosquelette d’actine. Ces domaines de 20 à 50 acides aminés existent seuls ou au sein de protéines modulaires, isolés ou répétés. Ils exercent de nombreuses fonctions : ils séquestrent des monomères d’actine, promeuvent l’assemblage du filament, nucléent, fragmentent et coiffent les filaments. Tous les domaines WH2 interagissent de manière similaire avec l’actine via une hélice amphipathique N-terminale suivie d’un brin central et d’une région C-terminal plus ou moins longue et dynamique. Une étude antérieure a montré que la fonction des domaines βT/WH2 isolés était liée à la dynamique du complexe avec l’actine déterminée par une combinaison d’interactions intermoleculaires le long de l’ensemble de la séquence. Les mécanismes expliquant la multifonctionnalité des domaines WH2 répétés restent vagues. Ce travail de thèse présente tout d’abord la production d’actine recombinante, sauvage et mutée dans le système baculovirus/Sf9 pour la biologie structurale ainsi que le développement de stratégies de marquage isotopique en cellules d’insectes. La deuxième partie s’intéresse à la caractérisation structurale et dynamique de domaines WH2 seules en solution : deux domaines isolés et deux protéines contenant deux domaines WH2. Les hélices amphipathiques N-terminales sont partiellement repliées avec des populations variant selon les protéines. La préstructuration des régions C-terminales est plus variable, complètement désordonnée ou partiellement hélicoïdale selon les protéines. La dernière partie présente l’étude de l’interaction de ces protéines avec l’actine. / WH2 domains are a family of intrinsically disordered proteins involved in actin cytoskeleton remodeling. These short domains, isolated or repeated in various actin binding proteins display a low sequence identity and a large panel of functions such as sequestration of actin monomers, promotion of unidirectional assembly, nucleation, fragmentation, filament capping. All WH2 domains fold similarly upon actin binding. They form an extended interface along actin, with an amphipathic N-terminal helix followed by an extended central strand and a more dynamic C-terminal region. Previous work on single βT/WH2 domains showed that function was linked to the dynamics of the complex with actin which is determined by a combination of intermolecular interactions throughout the sequence. The multifunctionality of WH2 tandem repeats is still elusive. The present work first describes production of recombinant wild-type and mutant actin in insect cells and isotopic 15N-labeling for NMR spectroscopy. As a first step to gain insight into the folding upon binding mechanism of functionally different WH2 repeats, we investigated the conformational behavior of two single domains and two tandem repeats free in solution by NMR. The N-terminal amphipatic helix is partially formed but with various propensities depending on the proteins while the C-terminal region that may form an helix in the complex may be either completely disordered or partially formed in absence of actin. Investigation of WH2:actin interaction for the same four proteins is described in the last chapter.

Certaines protéines régulatrices dites nucléo-cytoplasmique naviguent entre le noyau et le cytoplasme. En réponse à une perturbation de l'environnement de la cellule, ces protéines relocalisent massivement dans le noyau pour y activer des mécanismes permettant la survie cellulaire. Chez la levure S. pombe, 285 protéines présentent la particularité d'être nucléo-cytoplasmiques. Une étude exhaustive de certaines de ces protéines a été ici entreprise. L'objectif était d'identifier celles présentes chez S. cerevisiae qui sont vitales dans la réponse aux stress endommageant l'ADN. Parmi les protéines candidates, celles i) étant les plus conservées chez l'ensemble des organismes eucaryotes, ii) de fonction inconnue ou peu décrite et iii) dont la répartition nucléo-cytoplasmique change après stress ont été sélectionnées à l'aide d'un crible génétique mis au point chez S. cerevisiae. Douze protéines ont été identifiées comme relocalisant au noyau sous l'effet du stress radiatif ou métaux lourds. Parmi elles, la protéine Pat1 (YCR077C) décrite à ce jour comme un activateur de la dégradation cytoplasmique des ARNs messagers a été choisie et une étude plus approfondie de son activité entreprise. Par une approche TAP-tag couplée à une stratégie de protéomique de type shotgun, le réseau de partenaires protéiques de Pat1 a été établi en absence de stress et en condition de stress UV. La région potentiellement impliquée dans la localisation cellulaire de la protéine Pat1 est sujette à de multiples phosphorylations dont le degré augmente après stress UV. Enfin, les résultats sur les partenaires spécifiques de Pat1 identifiés par protéomique en condition de stress ont été corroborés par une analyse de sa relocalisation chez les différents mutants correspondants. L'ensemble de nos résultats mettent en exergue une nouvelle fonctionnalité pour la protéine Pat1 spécifiquement menée au noyau des cellules qu'il reste désormais à préciser. / Some regulatory proteins called nucleo-cytoplasmic proteins, shuttle between the nucleus and the cytoplasm. Upon environmental stress, these proteins relocate massively to the nucleus where they activate pro-survival mechanisms. In the yeast S. pombe, 285 proteins are nucleo-cytoplasmic. An exhaustive study of some of these proteins was carried out herein. The goal was to identify the ones that are present in S. cerevisiae and vital in the DNA damage response. Among the candidate proteins, the ones i) that are the most conserved in the eukaryotic cells, ii) with unknown function or poorly characterized, and iii) whose nucleo-cytoplasmic repartition changes upon stress were selected by the use of a genetic screen monitored in S. cerevisiae. Twelve proteins were found to accumulate in the nucleus upon irradiating or heavy metal stresses. Pat1 (YCR077C) currently described as a cytosolic mRNA decay activator was chosen and a more complete investigation about its activity was undertaken. By the mean of a TAP-tag approach combined with a shotgun proteomic analysis, the Pat1 interaction network was established without any stress and after UV stress illumination. Pat1 exhibits a domain potentially involved in its relocation that is subjected to multiple phosphorylations whose state enhances after UV stress. Finally, the data about the specific partners of Pat1 identified by proteomic analysis in stress condition were confirmed by the study of Pat1 relocation in the corresponding deleted strains. Altogether, our data suggest a novel function for the Pat1 protein that needs to be further investigated.

La résistance acquise aux traitements anticancéreux représente un problème clinique majeur. Les voies de réparation de l'ADN fournissent un mécanisme de résistance, mais celle-ci peut aussi résulter de mutations ou d'une expression réduite de la protéine ciblée. La surexpression ou la localisation nucléaire de la Y-Box binding (YB-1) protéine est considérée comme un marqueur pronostique de chimiorésistance de la tumeur. YB-1 interagit avec plusieurs partenaires ; dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur son interaction avec l'enzyme de réparation de l'ADN NTH1 (hNTH1) et l'ADN topoisomérase I (hTopoI), deux enzymes stimulées par YB-1. L'abondance du complexe hNTH1/YB-1 est accrue dans les cellules tumorales résistantes au cisplatine. La TopoI humaine est une enzyme essentielle impliquée dans la régulation cellulaire du surenroulement de l'ADN et est la cible de plusieurs agents anticancéreux. YB-1 augmente la sensibilité à l'inhibiteur de TopoI, la camptothécine, dans les tumeurs. Nous avons caractérisé les complexes YB-1/hNTH1 et YB-1/hTopoI in vitro et in vivo en utilisant des mesures de transfert d'énergie par résonance en fluorescence (ou FRET) pour identifier et développer de nouvelles stratégies pour le traitement de tumeurs chimio-résistantes. Nous avons développé et optimisé un biosenseur original basé sur le FRET pour cribler deux chimiothèques de taille moyenne afin d’identifier des inhibiteurs potentiels du complexe hNTH1/YB-1. Plusieurs «hits» ont été identifiés qui réduisent de façon significative le niveau de FRET de notre biosenseur. Pour certains de ces composés, nous avons reproduit ces résultats à partir de poudres, effectué des courbes dose-réponse et validé leurs actions en tant qu'inhibiteurs de l'interface hNTH1/YB-1 en utilisant d'autres tests d’interactions. Ensemble nos résultats démontrent que YB-1 interagit directement et stimule des enzymes de la réparation de l'ADN et du relaxation de l’ADN, et que cibler l’interface YB-1/hNTH1 représente une nouvelle stratégie intéressante pour le développement de traitements anticancéreux. / Acquired resistance to anti-cancer therapy is common and is a major clinical issue. Functional DNA repair pathways provide a common mechanism for drug resistance, but it can also result from mutations or reduced expression of the targeted protein. The overexpression or nuclear localisation of the multifunctional Y-box binding protein (YB-1) is considered as a prognostic marker for drug resistance in tumours. YB-1 has several interaction partners in cells; in this study, we have focused on its interaction with the human DNA repair enzyme NTH1 (hNTH1) and human DNA topoisomerase I (hTopoI), two enzymes that have been shown to be stimulated by YB-1. The abundance of the hNTH1/YB-1 complex was shown to increase in cisplatin-resistant tumour cells. Human TopoI is an essential enzyme involved in cellular regulation of DNA supercoiling and is the target of several anti-cancer agents. YB-1 enhances the activity of hTopoI and its sensitivity to hTopoI inhibitor, camptothecin in tumour cells. We have characterised the YB-1/hNTH1 and YB-1/hTopoI complexes in vitro and in vivo using Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) measurements to identify and develop new strategies for the treatment of drug-resistant tumours. We also designed and optimised an original FRET-based biosensor to screen two medium-sized chemical libraries in order to find potential inhibitors of the hNTH1/YB-1 complex. Several “hits” were identified that significantly reduced the FRET level of our biosensor. For some of these compounds, we have reproduced these results starting from powders, have performed dose-response curves and have validated their actions as inhibitors of the hNTH1/YB-1 interface using alternative binding assays. Taken together, our results demonstrate that YB-1 directly interacts and stimulates a DNA repair and a DNA relaxing enzyme and targeting the YB-1/hNTH1 interface represents an interesting new strategy for the development of anti-cancer drugs.