Introduction : Les enfants prématurés ont la particularité de naître alors que leur développement est souvent incomplet et nécessite la mise en œuvre de soins intensifs visant à poursuivre leur croissance en dehors de l’environnement utérin. Souvent cependant, le stade développemental de l’enfant ne lui permet pas d’assimiler une alimentation entérale du fait de l’immaturité de son système digestif. Le recours à une voie centrale délivrant les nutriments assurant le développement devient alors une nécessité. Ce type de nutrition, appelée nutrition parentérale (NP, ou total parenteral nutrition TPN), permet l’administration de molécules simples, directement dans le sang du prématuré. Il n’est toutefois pas exempt de risques puisqu’exposée à la lumière, la NP peut s’oxyder et générer des molécules oxydantes telles que des hydroperoxydes lipidiques susceptibles de se fragmenter par la suite en hydroxy-alkénals. Ceci devient problématique au vu de l’immaturité des systèmes de défenses antioxydants du nouveau-né prématuré. L’utilisation prolongée de la NP est d’ailleurs à l’origine de maladie hépatiques dans lesquelles le stress oxydant et la nécro-inflammation sont des composantes majeures. Nous avons émis l’hypothèse que l’infusion chez les enfants prématurés, d’aldéhydes d’origine lipidique est en relation avec le développement du stress oxydant et de l’inflammation hépatique. Objectif : Notre étude a consisté à évaluer la relation entre les quantités d’hydroxy-alkénals dans la NP et les effets hépatiques engendrés sur les marqueurs de stress oxydant et les voies de signalisation responsables d’une induction de processus inflammatoire. Dans ce but, nous avons cherché à mesurer la peroxydation lipidique dans l’émulsion lipidique de la NP et la conséquence de l’infusion en continue d’hydroxy-alkénals sur les marqueurs de stress oxydant, sur la voie de signalisation médiée par le Nuclear Factor κB et sur le déclenchement du processus inflammatoire hépatique. A la suite de ce travail, nous avons également travaillé sur des alternatives à la photoprotection, qui est la seule méthode réellement optimale pour réduire la peroxydation des lipides de la NP, mais cliniquement difficilement praticable. Résultats : Nos résultats ont mis en évidence la génération de 4-hydroxynonenal in vitro dans la NP, ce phénomène est augmenté par une exposition lumineuse. Dans ce cadre, nous avons montré l’inefficacité de l’ajout de multivitamines dans l’émulsion lipidique comme alternative à la photoprotection. Dans la validation biologique qui a suivi sur un modèle animal, nos résultats ont permis de démontrer que l’augmentation des adduits glutathion-hydroxynonenal était imputable à l’augmentation de 4-hydroxynonenal (4-HNE) dans la NP, et non à une peroxydation endogène. Nos données indiquent que la probable augmentation hépatique des niveaux de 4-HNE a conduit à une activation du NFκB responsable de l’activation de la transcription des gènes pro-inflammatoires du Tumour Necrosis Factor-α (TNF-α) et de l’interleukine-1 (IL-1). Nous avons alors évalué la capacité d’une émulsion lipidique enrichie en acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 à baisser les concentrations de 4-HNE dans la NP, mais également à moduler le stress oxydant et les marqueurs pro-inflammatoires. Enfin, nous avons démontré, en collaboration avec l’équipe du Dr Friel, que certains peptides isolés du lait humain (par un processus mimant la digestion) permettent également une modulation du stress oxydant et du processus inflammatoire. Conclusion : Le stress oxydant exogène issu de la NP a conduit par activation de facteurs de transcription intra-hépatiques au déclenchement d’un processus inflammatoire potentiellement responsable du développement de maladies hépatiques reliées à la NP telle que la cholestase. Dans ce sens, les AGPI n-3 et les peptides antioxydants peuvent se poser en tant qu’alternatives crédibles à la photoprotection. / Introduction: Premature infants usually born before full term require intensive care to continue to grow up outside the uterine environment. Premature newborns are born with gastrointestinal systems that are too immature to absorb nutrients safely. Therefore they receive their initial nutrients through intravenous feeding, called total parenteral nutrition which delivers simple nutrients directly into bloodstream. However, light exposed-TPN can generate oxidant molecules such as lipid hydroperoxides, which can potently break up into hydroxy-alkenals. Prolonged use of TPN is also a cause of liver disease in which oxidative stress and necro-inflammation are major components. Thus, we hypothesize that lipid aldehydes contained in TPN are associated with oxidative stress and hepatic inflammation developments. Objectives: The aim of our study is to assess the relationship between quantities of hydroxyl-alkenals generated in TPN and effects on oxidative stress biomarkers and cell-signalling pathways molecules implicated in hepatic inflammation induction. To this end, we measure lipid peroxidation in the TPN lipid emulsion in and the consequence of continuous infusion of hydroxy-alkenals on markers of oxidative stress, on cell-signaling pathway mediated by the NFkB, and on liver inflammation induction. Following these data, we also worked on alternatives of photoprotection, which is the only optimal method for preventing lipid peroxidation, but unfortunately clinically impractical. Results: In vitro studies have highlighted the generation of 4-HNE in the TPN, increased under light exposure. In this context, we have demonstrated that the addition of multivitamins in the lipid emulsion cannot be a valuable alternative to photoprotection. Concerning the biological validation in our guinea pig animal model, our results demonstrated that the increase of GS-HNE adducts was due to increased 4-HNE in the TPN, and does not provide from endogenous peroxidation. Our data also indicate that the increase of hepatic 4-HNE led to an activation of NFkB, responsible for the activation of the transcription of proinflammatory genes TNF-α, IL-1. In the next study, we have evaluated the ability of a lipid emulsion enriched with n-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) to reduce 4-HNE concentrations generated in TPN, and to modulate oxidative stress markers and pro-inflammatory process on the same animal model. We also have demonstrated, in collaboration with Dr Friel’s team, that two antioxidant peptides (derived from a process mimicking digestion process of human milk) allow also a modulation of oxidative stress and inflammatory process in the liver. Conclusion: This form of exogenous oxidative stress from the TPN led to an inflammatory process resulting from the activation of intrahepatic transcription, which is potentially responsible of liver disease development such as cholestasis. In this sense, the n-3 PUFA and antioxidant peptides may arise as a valuable alternative of photoprotection.

Les toxines formeuses de pore (PFTs) sont des protéines exogènes responsables d’un grand nombre de maladies infectieuses qui perméabilisent les membranes cellulaires de leur hôte. La formation des pores ou l’introduction d’une enzyme dans le cytoplasme peut entrainer l’apparition de symptômes de maladies connues (l’anthrax, le botulisme) et, dans le pire des cas, la mort. Les mécanismes d’infection et de destruction des cellules infectées sont bien caractérisés. Toutefois, l’aspect dynamique des changements de conformation durant le processus de perméabilisation reste à découvrir pour la majorité des toxines formeuses de pore. Le but de cette thèse est d’étudier les mécanismes d’oligomérisation des PFTs, ainsi que la formation des pores à la membrane lipidique grâce à la spectroscopie de fluorescence. Nous avons choisi la toxine Cry1Aa, un bio pesticide produit par le bacille de Thuringe et qui a été rigoureusement caractérisé, en tant que modèle d’étude. La topologie de la Cry1Aa à l’état actif et inactif a pu être résolue grâce à l’utilisation d’une technique de spectroscopie de fluorescence, le FRET ou transfert d’énergie par résonance entre un fluorophore greffé au domaine formeur de pore (D1) et un accepteur non fluorescent (le DPA ou dipicrylamine) localisé dans la membrane et qui bouge selon le potentiel membranaire. Le courant électrique, ainsi que la fluorescence provenant de la bicouche lipidique membranaire horizontale ont été enregistrés simultanément. De cette manière, nous avons pu localiser toutes les boucles reliant les hélices de D1 avant et après la formation des pores. Dans la forme inactive de la toxine, toutes ces boucles se trouvent du côté interne de la bicouche lipidique, mais dans sa forme active l’épingle α3-α4 traverse du côté externe, alors que toutes les autres hélices demeurent du côté interne. Ces résultats suggèrent que α3-α4 forment le pore. Nous avons découvert que la toxine change significativement de conformation une fois qu’elle se trouve dans la bicouche lipidique, et que la Cry1Aa attaque la membrane lipidique de l’extérieur, mais en formant le pore de l’intérieur. Dans le but de caractériser la distribution de toxines à chaque extrémité de la bicouche, nous avons utilisé une technique de double FRET avec deux accepteurs ayant des vitesses de translocation différentes (le DPA et l’oxonol) dans la membrane lipidique. De cette manière, nous avons déterminé que la toxine était présente des deux côtés de la bicouche lipidique durant le processus de perméabilisation. La dynamique d’oligomérisation de la toxine dans une bicouche lipidique sans récepteurs a été étudiée avec une technique permettant le compte des sauts de fluorescence après le photoblanchiment des fluorophore liés aux sous unités composant un oligomère présent dans la bicouche lipidique supportée. Nous avons confirmé de cette manière que la protéine formait ultimement des tétramères, et que cet état résultait de la diffusion des monomères de toxine dans la bicouche et de leur assemblage subséquent. Enfin nous avons voulu étudier le « gating » de la colicine Ia, provenant de la bactérie E.Coli, dans le but d’observer les mouvements que font deux positions supposées traverser la bicouche lipidique selon le voltage imposé aux bornes de la bicouche. Nos résultats préliminaires nous permettent d’observer un mouvement partiel (et non total) de ces positions, tel que le suggèrent les études de conductances du canal. / Pore forming toxins (PFTs) are exogenous often pathogenic proteins that permeabilize the host membrane. Permeabilization or subsequent introduction of an enzyme leads to health disorders and sometimes death. Although the fundamental infection and destruction mechanisms are known, the underlying molecular basis and their link to the structural information remains undetermined for many pore forming toxins. The purpose of this thesis was to study the mechanisms of oligomerization on the membrane and pore formation of PFTs using fluorescence spectroscopy in planar lipid bilayer. We chose Cry1Aa as the most intensively studied member of Bacillus thuringiensis’s toxins. In order to probe the topology both in inactive and active congformation, we used Förster resonance energy transfer (FRET) between a fluorophore site-directedly attached to different positions in the pore forming domain (D1) of Cry1Aa toxin and an acceptor compound dipicrylamine (DPA) in the membrane, which moves in response to the membrane potential. Electrical current and fluorescence emission from planar lipid bilayers in a horizontal configuration were simultaneously recorded. We probed all loops between the seven α helices of D1. All of them were located on the inner leaflet of the bilayer prior to pore formation. In the active form, the α3-α4 hairpin were found to translocate back to the outer leaflet of the bilayer, whereas all other positions remained in the inner leaflet, suggesting that α3-α4 are the pore lining helices. The toxins undergo significant conformational changes once they enter the host membrane, and we found Cry1Aa to attack from the exterior but translocate to the interior. To estimate the distribution of the toxins on either side of the membrane, we used the double-FRET technique. Here, two different acceptors (DPA and oxonol) with different dynamics (time constants) allowed us to determine that approximately equal amounts of the toxin were present on either leaflet during the permeabilization process. We also studied the oligomerization mechanism of Cry1Aa toxins inserted into supported lipid bilayers using a single subunit counting technique based on the step-wise photodestruction (bleaching) of the attached fluorophores. This system allowed determining the number of subunits composing each oligomer. We found that oligomerization is a highly dynamic process which occurs after insertion into the bilayer by lateral diffusion. The final (likely the pore forming) entity of the toxin is tetrameric. Finally, we used the same FRET approach to investigate the gating process of two positions of the pore forming domain of colicin Ia, an antibiotic toxin produced by E. coli. These positions were suspected to translocate reversibly from the outer to the inner leaflet during the gating process. In preliminary results, we found that these positions are moving between the two leaflets of the bilayer during pore formation.

L’objectif de notre travail était d’étudier les bascules métaboliques chez Yarrowia li-polytica d’un métabolisme purement oxydatif vers l’accumulation de lipides puis à l’excretion d’acide citrique.Le développement d’un procédé D-stat et d’un mode de conduite fed-batch nous a permis, dans un premier temps, de quantifier les ratios N/C caractéristiques pour chacune des bascules étudiées. Nos résultats montrent que les ratios rN/rC critiques aux bascules métaboliques sont de 0,085 molN.Cmol-1 et de 0,018-0,022 molN.Cmol-1 pour l’accumulation de lipides et production de citrate, respectivement.L’analyse systémique des cultures réalisées nous a permis de mettre en évidence des mécanismes de co-régulation de certaines enzymes du métabolisme lipidique ainsi qu’une prépondérance de mécanismes post-transcriptionnels dans l’établissement des bascules étudiées.Enfin, l’utilisation de souches génétiquement modifiées au niveau de l’ATP citrate lyase, la malate déshydrogénase et de la glycérol-3-phosphate déshydogénase a permis d’évaluer l’impact de ces enzymes sur le métabolisme lipidique / This thesis aimed at studying the metabolic shifts in Yarrowia lipolytica from the pure oxidative metabolism to lipid accumulation and citric acid excretion.The development of a D-stat culture and of a monitoring fed-batch strategy allowed us to determine the N/C ratio characteristic for each of metabolic shifts. rN/rC ratio were determined equal to 0,085 molN.Cmol-1 and 0,018-0,022 molN.Cmol-1 for the lipid accumu-lation and the citric acid production, respectively.Systemic analysis of the cultivations showed coregulation phenomena among some enzymes of the lipidic metabolism and post-transcriptional modifications in the onset of the metabolic shifts.Finally, the impact of enzymes (ATP citrate lyase, malate dehydrogenase and gly-cérol-3-phosphate dehydrogenase) on the lipidic metabolism was evaluated through systemic analysis of 3 genetically modified strains

Les objectifs de ce travail sont d'identifier les mécanismes biologiques impliqués dans le déterminisme de la variabilité de la fonte lipidique à la cuisson du foie gras de canard, et de définir des marqueurs de la fonte. Pour répondre à ces objectifs, nous avons choisi de conduire une caractérisation du tissu hépatique, selon son comportement ultérieur à la cuisson, basée sur une approche intégrée combinant de la biochimie, de la protéomique et de l'histologie. D'une part, l'expression différentielle des protéines hépatiques à l'abattage des animaux et au cours de la réfrigération, semble indiquer que le niveau de fonte pourrait être relié à des stades de développement de stéatose différents. Les animaux du groupe ‘Fonte faible' se distinguent de ceux du groupe ‘Fonte élevée' par un ‘profil d'accrétion' avec la surexpression de protéines du métabolisme énergétique par exemple, indiquant des mécanismes de synthèse et d'accumulation de lipides. A l'inverse, les animaux du groupe ‘Fonte élevée' présentent la surexpression de protéines de réponse au stress, ce qui pourrait indiquer un stade de stéatose plus avancé. Au cours de la réfrigération, la diminution globale de l'expression des protéines semble plus marquée dans le groupe ‘Fonte faible'. Dans le groupe ‘Fonte élevée', la surexpression de protéines du cytosquelette après réfrigération suggère un niveau de protéolyse plus important. D'autre part, les observations histologiques montrent des modifications de la morphologie des gouttelettes lipidiques dans le foie gras cru et au cours de la cuisson. Il semble que la fonte soit d'autant plus importante quand des fusions de gouttelettes lipidiques surviennent dans le produit cru. De plus, lors de la cuisson, les observations sur foies gras du groupe ‘Fonte élevée' révèlent une densification de la matrice non lipidique plus importante. Ces changements morphologiques et structuraux pourraient correspondre à un tissu plus fragile et donc plus sensible à la fonte lipidique. L'ensemble des résultats acquis dans ce projet permet de formuler une hypothèse sur le déterminisme biologique de la fonte lipidique même si certains mécanismes identifiés restent à confirmer. De plus, la relation entre l'aptitude à la stéatose et la qualité technologique du foie gras est une piste à explorer afin de mieux comprendre la variabilité de la fonte lipidique à la cuisson observée lors de la cuisson du foie gras de canard. / This work aims to identify the biological mechanisms involved in the determinism of variability of fat loss during cooking of duck ‘foie gras'. To achieve this objective, we carried out a characterization of liver tissue, according to its later behaviour during cooking, and based on an integrated approach combining biochemistry, proteomic and histology. On the one hand, the differential expressions of proteins early post mortem and during chilling indicate a different state of steatosis between the low and high fat loss groups. Livers with low fat loss during cooking were still in anabolic processes with regards to energy metabolism and protein synthesis, whereas livers with high fat loss during cooking developed cell protection mechanisms. The overall expression of proteins in the low ionic strength fraction was lower after chilling which revealed a down regulating effect of chilling on biological processes. In the high ionic strength fraction, the results showed an over expression after chilling of proteins from cytoskeleton and their associated proteins. This suggests that the variability of technological yield observed in processing plants could be explained by different state of ageing of fatty livers during chilling, most likely associated to different proteolytic pattern. On the other hand, the histological observations showed that, in raw livers, the lipid droplets were nearly spherical while after cooking, they were larger and lost their spherical shape. We also observed a decrease in the number of droplets after cooking, probably due to droplet fusion caused by the heat treatment. Fat loss during cooking was higher when there was more fusion of lipid droplets before cooking. Furthermore, it seemed that the effect of cooking on liver tissue was different between the two fat loss groups. These morphological modifications could mark a fragility of the tissue associated with a higher fat loss during cooking. All the results acquired in this work allowed us to draw a hypothesis on the biological determinism of cooking losses eventhough some of the identified mechanisms still need to be confirmed. The relationship between the potential to develop steatosis and the technological quality of ‘foie gras' deserves further studies in order to better understand the variability in fat loss during cooking observed in processing plants.

Le but de ce projet est d'étudier les propriétés mécaniques et électriques d'une monocouche de phospholipide supportée sur silicium en vue de son utilisation comme diélectrique de grille dans un biocapteur à transistor à effet de champ. Ces monocouches de 3nm sont formées par fusion de vésicules. Les lipides utilisés possèdent des triples liaisons dans leurs chaînes alkyles permettant une polymérisation radicalaire. Nous montrons que la polymérisation stabilise la monocouche à l'air et améliore sa résistance mécanique. Les mesures ont été réalisées par mesure de force par AFM, la force de ‘rupture' de la monocouche par la pointe AFM augmentant après polymérisation. L'étude de la force en fonction de la vitesse d'approche de la pointe nous a permis de montrer que la rupture de la couche est un phénomène activé qui dépend de la vitesse. Nous avons pu ainsi déterminer pour chacune des deux surfaces, polymérisées ou pas, l'énergie d'activation de rupture de la couche du système couche/pointe et une estimation du module de Young. Ces grandeurs qui augmentent après polymérisation montrent une amélioration des propriétés mécaniques. Nous nous intéressons également aux propriétés électriques de ces monocouches. Nous avons réalisé des mesures Courant-Tension I(V) à partir desquelles nous avons pu déterminer la résistance de la couche, les densités de courant de fuite et la tension de claquage. Les résultats obtenus démontrent que ces monocouches ultrafines possèdent de très bonnes propriétés isolantes. De plus nous avons révélé la propriété très intéressante d'auto-régénération de la monocouche isolante après claquage à l'air, à température ambiante en quelques minutes seulement. / The main goal of this project was to study the electrical and mechanical properties of a solid supported lipid monolayer in order to use it as a dielectric insulator in a Field Effect Transistor based biosensor. The 3 nm lipid monolayer supported on silicon was obtained by the vesicle fusion method. DC8,9PC phospholipids containing acetylenic moiesties were selected. The lipid monolayer was stabilized on the substrate by two-dimensional polymerization in the plane of the layer. We demonstrate that this polymerization stabilizes the monolayer in air. Force measurements realized by AFM on both polymerized and non-polymerized layers demonstrated a net improvement of the nano-mechanical resistance of the layer after polymerization with a net increase of the force required to rupture the layer. Measurements realized at different loading rates have evidenced the fact that the monolayer rupture is an activated process that depends on the loading rate. For both types of layers, we have determined the intrinsic rupture activation energy of the tip–layer system as well as their Young modulus. These two physical quantities increase after polymerization and demonstrate a net improvement of the mechanical properties of the polymerized monolayer. The electrical properties of these layers have also been investigated. Current-Voltage measurements were done on the monolayer in the air at room temperature. The differential resistance, the leakage current, the breakdown voltages were measured and showed that the polymerized monolayer behaves as a good electric insulator. In addition, we demonstrated a very interesting property of autonomic self-healing after electrical breakdown.

Les membranes biologiques sont impliquées dans divers mécanismes comme la reconnaissance moléculaire ou encore la fusion membranaire. Les lipides, principaux composants des membranes, sont inhérents à ces processus cellulaires, mais leur organisation et leur rôle fonctionnel au sein de ces systèmes sont très complexes. Dans ce travail, nous avons utilisé des modèles membranaires mimant ces systèmes biologiques pour identifier les interactions mises en jeu avec divers agents exogènes (AEs), en utilisant la microscopie à force atomique (AFM). Nous avons donc travaillé sur deux AEs différents qui interagissent potentiellement avec ces membranes. Le premier intervient directement dans le cadre de l'étude du paludisme. Le mécanisme moléculaire de cette maladie (impliquant probablement des structures lipidiques) n'étant pas clair, la compréhension de celui-ci faciliterait le développement de nouvelles molécules antipaludiques et/ou cibles thérapeutiques. Parallèlement notre étude s'est portée sur l'interaction des nanoparticules (NPs) de TiO2, notre second AE, avec les membranes. Très utilisées dans l'industrie, ces NPs de TiO2 pourraient avoir un impact sur la santé humaine, en interagissant notamment avec les membranes cellulaires. Des techniques biophysiques classiques ont tout d'abord été utilisées pour évaluer l'interaction de l'AE avec des systèmes biomimétiques. Ensuite, lorsque celle-ci est prouvée, l'AFM est utilisée pour visualiser les changements morphologiques des modèles membranaires en présence de ces AEs. Ainsi, pour chaque AE, nous avons finalement suggéré un mécanisme d'interaction afin de répondre aux problématiques soulevées. / Biological membranes play a crucial role as a biological barrier but, paradoxically, they were involved in various precesses : as a molecular recognition, enzymatic catalysis, or membrane fusion. Lipids, as a main component of membranes, are entailed in these process but composition, organization, and functional role in these biological systems are quite complex. Here, we use lipid models mimicking biological membrane to identify their interaction mechanisms with various exogenous agents (EAs) like peptides, nanoparticules, drugs, proteins, using atomic force microscopy (AFM). In this project, we worked on two different molecules which interact potentially with biological membrane. The first one was a molecule directly implicated in malaria disease. In fact, the molecular mechanism, probably involving lipid membranes, is still unclear. The understanding of this mechanism would participate to find new antimalarial drug or new therapeutic targets. The second EA studied was titanium dioxide nanoparticules (TiO2 NPs). Widely used in industry, this product from nanotechnology's development could have an impact on human health, whose potential toxicity mechanism still unknown. Biophysical techniques such as fluorescence spectroscopy, Langmuir monolayer were used to evaluate the potential interaction of the EAs with biomimetic membranes. Then, when the interaction was proved, AFM was used in order to visualize the effects inferred by these EAs. Using supported lipid bilayers, we imaged their behavior after injection of the EA concerned, at the nanometer scale. For each EA, we could suggest a mechanism of interaction and respond to the issues raised.

Les membranes lipidiques auto-assemblées présentent une riche phénoménologie de comportements dynamiques, et sont présentes dans de nombreux systèmes biologiques. Au cours de cette thèse nous avons étudié la dynamique de ces membranes dans des situations de fort confinement par des modèles théoriques simples. Nous nous sommes focalisés sur le cas d'un confinement entre deux murs, en présence d'un potentiel double-puits menant à deux états possibles d'adhésion (sur le mur du haut, ou sur celui du bas). A l'aide de modèles de lubrification, nous avons obtenu une équation différentielle nonlinéaire et nonlocale décrivant l'évolution de la morphologie de la membrane. Nous avons surtout étudié son comportement dans les systèmes bidimensionnels, où la membrane est un objet unidimensionnel. Dans ce cadre, nous avons montré que la rigidité de courbure de la membrane mène à une dynamique différente de la dynamique de mûrissement obtenue habituellement en présence d'une tension de surface. En effet, la membrane atteint rapidement une configuration gelée, qui dépend des conditions initiales. L'arrêt de la dynamique la conséquence d'une interaction oscillante entre les kinks –définis ici comme parois de domaines dans les systèmes unidimensionnels. L'organisation spatiale de la configuration finale peut être contrôlée par la perméabilité des murs : par exemple, si la membrane est initialement plane, et à mi-chemin entre les deux murs, des morphologies désordonnées sont obtenues pour des murs perméables, alors qu'un ordre à longue distance est obtenu dans le cas imperméable. Nous avons de plus montré que différents ingrédients physiques tels qu'une tension de membrane, l'asymétrie du potentiel d'adhésion, ou le bruit thermique sont susceptibles de restaurer le mûrissement, généralement au dessus d'un seul fini. Inspirés par la biolubrification, nous avons par ailleurs étudié l'influence d'un cisaillement imposé par le mouvement des murs. Les simulations montrent une dynamique riche de plusieurs régimes, qui influence la friction effective entre les murs. Pour les faibles taux de cisaillements, nous obtenons une dynamique complexe et chaotique qui engendre du mûrissement, et mène à un comportement thixotrope, où la force décroît avec le temps. Pour des taux de cisaillement modérés et fort, nous obtenons respectivement des solutions stationnaires périodiques ou du chaos spatiotemprel. Dans ces deux régimes, le système est rhéo-fluidifiant / Self-assembled lipid membranes exhibit a rich variety of dynamical behaviors, and are ubiquitous in biology. In this thesis, we report on the study of dynamics of membranes in strong confinement, using simple theoretical models. We focus on the case of confinement between two walls, in the presence of a double-well potential leading to two possible states of adhesion (on the upper or the lower wall). Using a lubrication model, we obtained a nonlinear and nonlocal partial differential equation describing the evolution of the membrane morphology. We have mainly studied the twodimensional case, where the membrane is a one-dimensional object. Within this frame, we have shown that the membrane bending rigidity leads to dynamics that are different from the coarsening behavior obtained usually in the presence of surface tension. Indeed, the membrane reaches a frozen state, which depends on the initial conditions. The freezing of the dynamics is the consequence of the oscillatory interaction between kinks –here defined as domain walls in one-dimensional systems. The spatial organization of the final state can be controlled by the wall permeability : as an example, starting from a plane membrane half-way between the two walls, disordered configurations are obtained for very permeable walls, while long range order is obtained with impermeable walls. In addition, we have shown that different physical ingredients such as membrane tension, potential asymmetry, or thermal noise, can restore coarsening, usually above a finite threshold. Inspired by biolubrication, we have also studied the influence of shear imposed by the motion of the two confining walls. Simulations show a rich behavior with several regimes, which influence the effective friction between the walls. For weak shear rates, we obtain complex and chaotic dynamics, which induce coarsening, leading to a thixotropic behavior, where the force decreases with time. For moderate or large shear rates, we respectively obtain frozen periodic stationary solutions, or spatio-temporal chaos. In these two regimes, the system exhibits shear-thinning

Les espèces réactives de l’oxygène (EROs) sont essentielles à la survie des cellules car elles interviennent dans divers processus physiologiques comme la défense immunitaire ou encore la régulation de voies de signalisation cellulaires. Cependant, un excès d’EROs peut créer un déséquilibre de la balance EROs/antioxydants appelé « stress oxydant ». Le stress oxydant étant impliqué dans l’étiologie de plus de 200 pathologies, l’action des antioxydants est cruciale pour limiter les effets délétères des EROs. Les antioxydants utilisés par les cellules peuvent être de nature chimique. Parmi ceux-ci, l’α-phenyl-N-tert-butyl nitrone (PBN) est particulièrement efficace en milieu biologique pour piéger les radicaux. Cependant, comme cette molécule présente le désavantage majeur de mal cibler les membranes, des nitrones amphiphiles dérivées de la PBN ont été synthétisées. Le premier chapitre décrit l’étude des interactions de nitrones dérivées du cholestérol avec les lipides membranaires. Ces travaux ont souligné l’influence du groupement polaire sur la nature des interactions avec les lipides membranaires. Aussi, l’étude des propriétés antioxydantes a permis de mettre en évidence l’importance de la localisation membranaire et l’influence de l’orientation du groupement PBN sur l’activité protectrice des dérivés. Le second chapitre décrit les résultats des expériences menées avec une deuxième série de dérivés amphiphiles, présentant la particularité d’avoir une chaîne perfluorée comme groupement hydrophobe. Bien que la localisation membranaire de ces dérivés soit nécessaire pour obtenir un effet protecteur significatif, la nature de l’antioxydant semble être ici le paramètre le plus important. Enfin, la combinaison d’antioxydants de nature différente sur une même molécule semble être une stratégie prometteuse pour améliorer l’efficacité antioxydante et créer un effet de synergie. En outre, pour se défendre, les cellules utilisent aussi des antioxydants issus de l’alimentation, en particulier des fruits et légumes. Parmi ces derniers, les composés phénoliques sont reconnus pour leurs effets bénéfiques sur la santé. Les flavonoïdes, les acides phénoliques, les stilbènes et les lignanes constituent les 4 classes principales de composés phénoliques. Les lignanes sont particulièrement présents dans les graines de lin (Linum usitatissimum). Le lin est la plante qui contient le plus de secoisolaricirésinol diglucoside. Afin de mieux comprendre leur fonctionnement et leurs interactions avec les lipides membranaires, plusieurs molécules appartenant à cette classe de composés ainsi que des acides hydroxycinnamiques ont été purifiées à partir du lin. Le troisième chapitre décrit les résultats des expériences menées avec les composés phénoliques extraits du lin. De manière générale, les composés testés se sont avérés efficaces pour protéger les lipides membranaires de l’oxydation. L’étude de leurs interactions avec les lipides membranaires a permis de montrer que le mode d’action des lignanes, qui pénètrent les membranes, est plus efficace que celui des acides hydroxycinnamiques. / Reactive oxygen species (ROS) are essential in living cells as they intervene in several physiological processes like the immune system and signaling pathways. However, an excess of the production of ROS can alter the equilibrium with antioxidants. This imbalance is called oxidative stress. As oxidative stress has been reported to be implicated in more than 200 diseases, the action of antioxidants to limit the deleterious effects of ROS is crucial. The antioxidants used by the cells can be chemical. Among them, α-phenyl-N-tert-butyl nitrone (PBN) is widely used in biological systems to neutralize ROS. Because this molecule possesses a poor ability to target membranes, our collaborators synthesized amphiphilic nitrones bearing a PBN moiety. The first chapter describes the interactions of cholesterol derived PBN derivatives with the membrane. Results underlined the influence of the polar moiety on the nature of their interactions with membrane lipids. In addition, the evaluation of the antioxidant properties revealed the importance of the membrane localization of the nitrone moiety on the protective activity of the derivatives. The second chapter deals with a second set of amphiphilic nitrones that have the particularity of bearing a perfluorinated chain that constitutes the hydrophobic moiety. We noticed the membrane localization is important for the antioxidant efficiency; however the nature of the antioxidant moiety remains the most important parameter in this case. Finally, the strategy of grafting two different antioxidants on the same carrier seems to be promising to enhance the protective effect and create a synergistic antioxidant effect. However, cells also use natural antioxidants to defend themselves. These antioxidants come from food, especially from vegetables and fruits. Among them, phenolic compounds are known for their beneficial effects on health. Flavonoïds, phenolic acids, stilbenes and lignans constitute the 4 main classes of phenolic compounds. Lignans are particularly present in flaxseed (Linum usitatissimum). Flaxseed is the plant that possesses the highest quantity of secoisolariciresinol diglucoside. In order to understand their mechanisms of action and their interactions with membranes, lignans as well as hydroxycinnamic acids were purified from flaxseed. The third chapter describes the results obtained on model membranes. Generally speaking, both classes of compounds are efficient against lipid oxidation. Studying their interactions with membrane lipids allowed us to show that the mechanism of lignans, that penetrate membranes, is more efficient than the mechanism of hydroxycinnamic acids.

La cellule eucaryote compartimentalise ses tâches au sein d’organelles communiquant les unes avec les autres au moyen de vésicules de transport. Le trafic vésiculaire est contrôlé par des petites protéines G de la superfamille Ras, activées par un changement de nucléotide guanidique catalysé par un facteur d’échange (GEF). En particulier, au niveau du cis-Golgi la petite protéine G Arf1 est activée par GBF1, permettant le transport rétrograde des vésicules COPI vers le réticulum endoplasmique. Récemment, GBF1 a été impliqué dans d’autres fonctions, notamment dans le cycle réplicatif de certains virus ou dans le métabolisme des gouttelettes lipidiques.Les gouttelettes lipidiques sont les organelles ubiquitaires du stockage des lipides et ont un rôle majeur dans l’homéostasie des lipides à l’échelle de la cellule. Le trafic intracellulaire des ces organelles dynamiques serait contrôlé par des petites protéines G. Notre équipe à montré dans une précédente étude que GBF1 est localisé sur les gouttelettes lipidiques et est impliqué dans le recrutement de PLIN2 et de la lipase ATGL sur les gouttelettes lipidiques. Cette thèse montre, par des études de biologie cellulaire et de microscopie, que GBF1 possède un domaine de fixation aux phospholipides via une hélice amphipatique. Cette hélice est nécessaire et suffisante pour l’association aux gouttelettes lipidiques in cellulo. La régulation de la localisation de GBF1 repose sur l’interaction avec Rab1B (cascade entre Rab1 et Arf1 dans la voie sécrétoire précoce) ainsi que sur les interactions intramoléculaires entre les différents domaines de GBF1. / The eukaryotic cell physically separates its functions within several membrane-bound organelles, which communicate using vesicles. Vesicular trafficking is under the control of small GTPases that exist as an inactive GDP-bound form and an active GTP-bound form. The switch between GDP and GTP is catalyzed by a guanine nucleotide exchange factor (GEF). On cis-Golgi membranes, Arf1, activated by the large GEF GBF1, recruits the COPI coat. COPI coated vesicles ensure the retrograde transport from the Golgi to the ER. Recently, GBF1 has been implicated in other pathways, such as the life cycle of various viruses and lipid droplet metabolism.Lipid droplets (LD), the major lipid storage organelle, play a major role in lipid homeostasis within the cell. LDs are connected to membrane trafficking and are therefore under the control of GTPases. In previous studies, our team showed that GBF1 localizes around LDs and that it is required for protein loading onto the LD surface. Here, data support the idea that GBF1 localizes to the LD surface. Using cell biology tools and microscopy, we identified, within GBF1, a lipid binding domain. In this domain, a single amphipathic helix is necessary and sufficient for LD targeting in cells. The regulation of GBF1 localization relies on interaction with Rab1 (data support a Rab1-Arf1 cascade between the ER and the Golgi) and on intramolecular interactions between GBF1 domains.

Les acides gras polyinsaturés oméga-3 à longue chaîne (AGPIω3-LC), principalement représentés par l'acide eicosapentaénoïque (EPA) et l'acide docosahexaénoïque (DHA), présentent des effets bénéfiques vis-à-vis de l'athérosclérose. Leur action au niveau vasculaire est suggérée. Les mécanismes d'action sont mal compris du fait de la complexité d'action des AGPIω3-LC au niveau cellulaire. Les AGPIω3-LC affectent de nombreuses protéines y compris les facteurs de transcription, ce qui engendre la modulation de l'expression de nombreux gènes. La complexité s'accroît si l'on considère l'ensemble des métabolites oxygénés issus des AGPIω3-LC. Les métabolites issus de la peroxydation lipidique peuvent être produits en abondance au cours de l'athérogenèse mais leur bioactivité est quasiment inconnue. Des points majeurs restent à éclaircir comme l'identification des cibles cellulaires et moléculaires au niveau vasculaire et la bioactivité des métabolites peroxydés. Objectifs : étudier l'impact du DHA au niveau vasculaire et évaluer la bioactivité de certains métabolites issus de la peroxydation lipidique du DHA. Les travaux visant à étudier les propriétés athéro-protectrices du DHA n'ont jusqu'à présent pas permis d'obtenir une vision globale de son spectre d'action. La nutrigénomique a paru être une approche pertinente pour étudier les effets du DHA au niveau vasculaire. Une étude in vivo a été réalisée sur des souris athérosclérotiques LDLR-/- recevant ou non une supplémentation en DHA (2% de l'apport énergétique journalier). Le rôle athéro-protecteur du DHA a été confirmé dans une étude précédente rapportant une diminution de 35% de l'étendue des lésions au niveau aortique dans le groupe DHA. Au niveau protéique, nous avons montré une altération significative de l'expression de protéines intervenant principalement au niveau des métabolismes glucidique et lipidique mais aussi dans les défenses anti-oxydantes. Au niveau génique, la composante inflammatoire s'est avérée être une cible majeure du DHA au niveau vasculaire. La supplémentation en DHA a réduit l'expression de gènes impliqués dans l'adhésion cellulaire, la chimiotaxie et la présentation de l'antigène. Plusieurs gènes se sont avérés être des marqueurs phénotypiques des macrophages et l'analyse des régulateurs transcriptionnels montrait une implication probable de PPARγ, IFNγ et NFκB dans les modulations d'expression génique observées. Nos analyses suggèrent une orientation préférentielle des macrophages vers un phénotype réparateur de type M2 chez les souris recevant la supplémentation en DHA. Une analyse immunohistochimique au niveau aortique a révélé une plus grande abondance d'arginase I. Une approche plus ciblée alliant une étude in vitro sur un modèle de macrophages humains et l'utilisation de métabolites peroxydés spécifiques du DHA, les neuroprostanes, nous a permis de conforter notre hypothèse selon laquelle le DHA pourrait agir au moins en partie via ses métabolites peroxydés. L'exposition des macrophages à deux types de neuroprostanes (les 4-F4t et les 14-A4-Neuroprostanes) a permis de réduire significativement l'expression et la sécrétion de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires. Des résultats préliminaires suggèrent que ces effets anti-inflammatoires des neuroprostanes seraient indépendants de PPARγ mais liés à une inhibition de la voie NFκB. L'étude in vivo et l'utilisation de la nutrigénomique nous ont permis d'explorer de façon ouverte et non biaisée l'impact du DHA au niveau vasculaire. Les résultats sont que le DHA active le métabolisme énergétique et les défenses anti-oxydantes et diminue l'état inflammatoire avec une implication probable du DHA dans l'orientation phénotypique des macrophages vers un phénotype réparateur de type M2. Les résultats obtenus in vitro sur macrophages primaires humains confirment que les métabolites peroxydés du DHA contribuent à ses propriétés anti-inflammatoires. / Numerous studies have reported beneficial effects of long chain omega-3 polyunsaturated fatty acids (LC-ω3PUFAs) on atherosclerosis and associated cardiovascular events. These fatty acids are mainly represented by eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA). LC-ω3PUFAs exert their athero-protective action mainly by a reduction of triglyceridemia, increased endothelial relaxation, and reduced inflammation. Their specific action at the vascular level is suggested. Their mechanisms of action are still only partially understood because of the complexity of action of LC-ω3PUFAs at the cellular level. LC-ω3PUFAs affect several membrane or cytosolic proteins, including transcription factors, which modulate numerous gene expression. The complexity is further increased when considering a wide range of oxygenated metabolites derived from LC-ω3PUFAs. Among them, the metabolites from lipid peroxidation may be produced in abundance during atherogenesis but their bioactivity is almost unknown. There are still major issues to be clarified, such as the identification of cellular and molecular targets at the vascular level ; the bioactivity of peroxidized metabolites that could play a key role in the prevention of atherosclerosis. The objective of this work was to study the impact of DHA at the vascular level and to evaluate the bioactivity of selected metabolites from DHA lipid peroxidation. Studies on anti-atherogenic properties of DHA have so far been carried out only in a targeted manner that does not provide a comprehensive and integrated view of its spectrum of action. Nutrigenomics appears to be a relevant approach to study the effects of DHA at the vascular level. In vivo study was performed on LDLR-/- atherosclerotic mice supplemented or not with DHA. The athero-protective effect of DHA has been confirmed in the previous study performed by our team reporting a 35% decrease of the atherosclerotic lesion in the DHA group. Aorta proteome study demonstrated a significant alteration of the expression of proteins involved mainly in the carbohydrate and lipid metabolism and also in antioxidant defenses. At the transcriptome level, the inflammatory component of atherosclerosis appears to be a major target of DHA at the vascular level. More precisely, DHA supplementation reduced the expression of genes involved in cell adhesion, chemotaxis and antigen presentation. Several genes were found to be phenotypic markers of macrophages and analysis of transcriptional regulators showed a possible contribution of PPARγ, IFNγ and NFκB to the observed modulation of gene expression. Our results suggest a preferential orientation of macrophages to a M2 type repair phenotype in mice receiving DHA supplementation. This was confirmed by immunohistochemical analysis at the aorta which revealed a greater abundance of arginase I. We chose a focused in vitro study of the action of specific DHA peroxidized metabolites: the neuroprostanes on a human macrophages. This study allowed us to confirm our hypothesis that DHA may act at least in part via its peroxidized metabolites. The macrophages exposition to 2 types of neuroprostanes (4-F4t and 14-A4-Neuroprostanes) has significantly reduced the expression and secretion of several pro-inflammatory mediators. Preliminary results suggest that these anti-inflammatory effects are PPARγ-independent but related to inhibition of NFκB pathway. In vivo study, and nutrigenomics approach, allowed us to explore the impact of DHA at the vascular level by an open and unbiased way. The results are that DHA activates energy metabolism and antioxidant defenses and reduces the inflammatory component of atherosclerosis with a possible involvement of DHA in the phenotypic direction of macrophages to a M2 type repair phenotype. The results obtained in vitro on primary human macrophages confirmed that DHA peroxidized metabolites contribute to its anti-inflammatory properties.