Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Cette étude résume certains concepts liés à l’anesthésie générale, détaille les mécanismes d’action de l’isoflurane, un anesthésiant volatil, et aborde le phénomène du burst-suppression. Elle vise principalement la compréhension de l’impact de l’isoflurane, à des doses amenant le burst-suppression, sur l’inhibition dans le réseau thalamo-cortical. Nous effectuons des enregistrements intracellulaires de neurones corticaux in vivo et de potentiels de champs locaux à différentes doses d’anesthésiants chez le chat. Conjointement à ces enregistrements, nous appliquons des drogues en iontophorèse en péri-synaptique des neurones enregistrés et nous stimulons les noyaux thalamiques projetant dans les aires corticales enregistrées. Nous suggérons que l’isoflurane amène une diminution de l’inhibition corticale, via une plus grande recapture du glutamate par les glies, ce qui diminue l’activation des interneurones corticaux. / This study summarizes some concepts about general anesthesia, details the mechanisms of action of the volatile anesthetic isoflurane and describes the phenomenon of burst-suppression. It aims at understanding the impact of isoflurane, under doses sufficient to induce burst-suppression, on inhibition in the thalamo-cortical network. We performed intracellular recordings of cortical neurons in vivo and local field potentials under different doses of anesthesia in cats. Additionally, we applied drugs in iontophoresis in the perisynaptic space of the recorded neurons and we stimulated thalamic nuclei projecting to the areas where recordings were performed. We suggest that isoflurane diminishes the cortical inhibition, by an increase of the glutamate uptake by glial cells leading to a diminished activation of cortical interneurons.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2016-2017 / Cette thèse porte sur l’élucidation du mode d’action de peptides synthétiques qui sont des analogues cationiques du peptide modèle 14-mère. À l’instar des peptides antimicrobiens naturels, ces peptides synthétiques induisent des perturbations membranaires et une meilleure connaissance de leur mode d’action s’avère un élément déterminant pour le design de nouveaux peptides synthétiques qui présenteront une activité antibactérienne maximale et une activité hémolytique moindre. Afin de mieux caractériser le rôle de certains déterminants moléculaires sur l’interaction membranaire, nous avons sélectionné deux catégories de peptides, soit des analogues qui ont une structure secondaire en hélice α et qui sont non sélectifs à l’égard des membranes mimétiques de bactérie et des analogues qui forment des feuillets β intermoléculaires et qui sont sélectifs à l’endroit des membranes mimétiques de bactérie. Les études réalisées ont fait intervenir plusieurs techniques spectroscopiques comme la spectroscopie infrarouge, la spectroscopie RMN des solides et la spectroscopie de fluorescence. Tout d’abord, nous avons vérifié le rôle des interactions électrostatiques sur l’interaction membranaire, et ce, en effectuant une étude comparative entre des analogues cationiques et anioniques. Les résultats obtenus démontrent que les peptides anioniques et cationiques ont un impact similaire sur la dynamique des têtes polaires des phospholipides et l’ordre conformationnel des chaînes acyle. Cependant, les tests de relargage ont démontré que seuls les peptides cationiques formant des feuillets β intermoléculaires sont sélectifs alors que les homologues anioniques qui forment des feuillets β intermoléculaires sont inactifs en présence des membranes mimétiques de bactéries et de cellules eucaryotes. Ensuite, pour mieux comprendre le mode de perturbation membranaire des peptides cationiques qui sont non sélectifs et sélectifs, nous avons effectué des études par spectroscopie RMN des solides sur des échantillons de peptides reconstitués dans des bicouches lipidiques mécaniquement orientées entre des lamelles de verre ainsi que échantillons bicellaires. Les résultats ont démontré que les peptides sélectifs perturbaient davantage l’orientation des phospholipides zwitterioniques en comparaison avec les peptides non sélectifs. De plus, les simulations spectrales réalisées sur les spectres expérimentaux suggèrent que les peptides non sélectifs induisent la formation de pores ayant une géométrie toroïdale. En terminant, nous avons étudié la topologie membranaire et la localisation dans la membrane d’un peptide ayant une conformation en hélice α (R5R10) et d’un peptide formant des feuillets β intermoléculaires (R4R11). Les résultats obtenus par RMN de l’azote-15 indiquent que le peptide R5R10 est localisé au niveau de la surface membranaire avec une certaine hétérogénéité dans l’orientation. Cette conclusion est soutenue par des expériences réalisées par spectroscopie infrarouge en mode ATR. Des mesures de distances à partir de la technique REDOR entre les phospholipides et les peptides ont permis de constater que le peptide en hélice α est localisé à proximité du noyau phosphore alors que le peptide en feuillets β agrégés est localisé plus superficiellement au niveau de la surface membranaire. Cette différence de pénétration dans la région interfaciale pourrait expliquer la différence de sélectivité entre le peptide R5R10 (non sélectif) et R4R11 (sélectif). De plus, les tests de relargage de la calcéine ont démontré que les deux peptides induisent une contrainte de courbure positive à la membrane lipidique. Ainsi, l’alliance des résultats suggèrent que le mode de perturbation membranaire des peptides R5R10 et R4R11 est similaire au mécanisme modèle du type sinking-raft. / This thesis is related to the determination of the mode of action of synthetic peptides that are cationic derivatives of the model 14-mer peptide. Similarly to the natural antimicrobial peptides, these synthetic peptides induce membrane perturbations and a better understanding of their mechanism of action is of primary importance to design new synthetic derivatives displaying higher antimicrobial and lower hemolytic activities. In order to characterize the role of certain molecular determinants on the membrane interactions, we have focused on two categories of peptides, namely peptides adopting an α-helical conformation which are non-selective towards bacterial mimetic membranes and peptides forming intermolecular β-sheet structures which are selective towards bacterial mimetic membranes. The experiments were carried out with several spectroscopic techniques such as infrared spectroscopy, solid-state NMR spectroscopy and fluorescence spectroscopy. First, we have studied the effect of electrostatic interactions on the membrane interactions by doing a comparative study between cationic and anionic analogs. The results show that both the anionic and the cationic derivatives have a similar impact on the dynamics of the phospholipid polar headgroups and on the conformational order of the acyl chains. However, dye-release experiments have shown that only the cationic derivatives forming intermolecular β-sheet structures are selective whereas their homologous β-sheet aggregated anionic peptides are inactive in the presence of both bacterial and eukaryotic mimetic membranes Then, to better understand the mode of membrane perturbation of non-selective and selective peptides, we have performed solid-state NMR experiments on peptides reconstituted in oriented samples of phospholipids. The results have shown that the selective peptides disrupt even more the orientation of zwitterionic phospholipids than the non selective peptides. In addition, the spectral simulations performed on experimental spectra suggest that the non-selective peptides induce the formation of pores having a toroidal geometry. To conclude, we have studied the membrane topology and the location into the membrane of the α-helical peptide R5R10 and the β-sheet aggregated peptide R4R11. The results obtained using ¹⁵N NMR indicate that the α-helical peptide is located on the membrane surface with a certain degree of heterogeneity. This conclusion is also supported by experiments performed using ATR spectroscopy. Distance measurements between phospholipids and peptides using the REDOR technique indicate that the α-helical peptide is near the phosphate nucleus of phospholipids whereas the β-sheet aggregated peptide is superficially located on the membrane surface. The difference of penetration into the interfacial region could explain the difference of selectivity between the R5R10 peptide (non selective) and the R4R11 peptide (selective). In addition, dye-release experiments have shown that both peptides induce a negative curvature strain to the membrane. Therefore, by taking into account all the results, it seems that the mechanism of action of these peptides is similar to the sinking-raft model mechanism.

La résistance aux antibiotiques représente l'une des menaces les plus sérieuses à la santé publique pour les années à venir. En effet, l'utilisation massive et parfois excessive de ces molécules phares de la médecine moderne a mené au développement de microorganismes capables de résister à leur action, posant alors un défi important lié au traitement des infections qu'ils engendrent. Ainsi, depuis déjà plusieurs années, la communauté scientifique déploie des efforts considérables afin de développer de nouvelles molécules antimicrobiennes qui pourraient servir d'alternatives à ces antibiotiques traditionnels. Ces recherches sont aussi très pertinentes pour le secteur alimentaire, car la demande pour des agents de conservation efficaces, sûrs et d'origine naturelle est grandissante en réponse aux inquiétudes par rapport à l'utilisation des molécules actuellement disponibles à cet effet (benzoates, nitrates, etc.). Les efforts de recherche soutenus dans les dernières décennies ont permis d'identifier une classe de molécules particulièrement prometteuse : les peptides antimicrobiens (PAMs). Ces petites molécules constituées d'acides aminés présentent plusieurs avantages qui en font de bons candidats comme alternatives aux molécules antibiotiques classiques, notamment leur spectre d'action étendu, leur faible propension à induire de la résistance microbienne et, dans plusieurs cas, leur origine naturelle. D'ailleurs, les biomasses marines, dont les poissons, sont de très bonnes sources de PAMs. Par exemple, plusieurs PAMs ont été isolés à partir de poissons de la famille des Scombridés (maquereaux, thons, etc.), dont certains montrent une forte homologie avec une enzyme ubiquitaire dans le monde naturel, soit la glycéraldéhyde-3-phosphate-déshydrogénase (GAPDH). C'est donc sur la base d'une littérature scientifique étoffée que l'hypothèse directrice de ce projet, selon laquelle la modulation des propriétés physico-chimiques de PAMs issus de poissons de la famille des Scombridés et apparentés à la GAPDH permet d'améliorer leur activité antimicrobienne, a été émise. L'objectif général visé par le projet était d'étudier les relations structure-activité et les mécanismes d'action de ces PAMs afin de développer des peptides analogues dont l'activité antimicrobienne est améliorée. Cet objectif principal a été décliné en trois objectifs spécifiques permettant de mettre ladite hypothèse à l'épreuve. Le premier objectif spécifique du projet était d'établir des relations entre la structure chimique de ces peptides provenant de Scombridés et homologues à la GAPDH et leurs activités antibactérienne et antifongique. Pour ce faire, huit peptides ont été synthétisés, dont un PAM natif déjà connu dans la littérature et sept analogues chimiques dans lesquels certains résidus d'acide aminé ont été substitués. L'activité antimicrobienne de ces huit peptides a été testée sur plusieurs souches bactériennes et fongiques afin d'obtenir des valeurs de concentrations minimales inhibitrices. Leurs propriétés chimiques (notamment la charge nette et l'hydrophobicité) ont été déterminées et leurs structures secondaires ont été évaluées dans différents environnements chimiques par dichroïsme circulaire et par une méthode de prédiction bio-informatique. Les résultats de ces expériences ont permis de mettre en évidence que les analogues dont le caractère cationique était augmenté avaient une plus forte activité antimicrobienne, tandis qu'un autre analogue, plus hydrophobe, a montré une activité antifongique particulièrement intéressante. La structure secondaire des peptides, quant à elle, n'a pas d'impact majeur sur leur activité antimicrobienne. Le deuxième objectif spécifique était d'élucider le mécanisme d'action de ces différents analogues peptidiques. Parmi les huit analogues synthétisés et dont l'activité antimicrobienne a été testée, cinq ont été sélectionnés pour l'étude de leur mécanisme d'action. Les interactions entre ces peptides et les différents phospholipides sous forme de liposomes ont été analysées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. Leur pouvoir de perméabilisation membranaire a aussi été évalué par une méthode expérimentale basée sur l'utilisation de deux colorants d'acides nucléiques présentant une capacité de perméabilisation membranaire différentielle en fonction de l'intégralité membranaire des microorganismes. Enfin, un grand nombre de simulations bio-informatiques de dynamique moléculaire ont été réalisées afin de visualiser et de quantifier les interactions à l'échelle atomique entre les analogues peptidiques et deux modèles membranaires de compositions lipidiques différentes simulant précisément les membranes des bactéries à Gram négatif et des bactéries à Gram positif. L'analyse des différentes données obtenues a permis de conclure que les peptides interagissent avec les phospholipides membranaires et que dans plusieurs cas, ils sont capables de perméabiliser la membrane cytoplasmique des microorganismes. Un lien évident, mais pas complètement limpide, entre cette capacité de perméabilisation membranaire et l'activité antimicrobienne a aussi pu être mis en évidence, suggérant un mécanisme mixte d'action impliquant aussi des cibles intracellulaires. En troisième lieu, la stabilité et l'innocuité de ces analogues peptidiques ont été évaluées. Ainsi, l'impact du pH et différentes concentrations de cations monovalents et divalents sur l'activité antimicrobienne des peptides ont été testés, de même que leur résistance à la dégradation thermolytique. La toxicité des peptides a été évaluée sur la base de tests d'activité hémolytique. Finalement, la stabilité dans le tractus gastro-intestinal de deux des peptides a été étudiée avec un modèle dynamique de digestion *in vitro* (TIM-1), lequel est un système spécifiquement conçu pour simuler le processus de digestion dans le tractus gastro-intestinal humain, ainsi que des analyses de chromatographie et de spectrométrie de masse. Les résultats obtenus ont montré que l'activité antimicrobienne des analogues était favorisée à pH acide, qu'elle était diminuée en présence de cations monovalents et complètement inhibée par la présence de cations divalents. De plus, il a pu être conclu que les peptides étudiés étaient très rapidement dégradés dans l'estomac et qu'ils avaient une activité hémolytique négligeable. Pour conclure, les travaux expérimentaux et *in silico* accomplis dans le cadre de ce projet de thèse ont permis de mettre en lumière des liens importants entre la structure chimique, l'activité antimicrobienne et le mécanisme d'action de ces PAMs issus de Scombridés et apparentés à la GAPDH. La stabilité et l'innocuité de ces peptides ont aussi été caractérisées, de sorte qu'un intéressant potentiel d'applications cliniques et alimentaires a pu être mis en évidence. Les fruits de ces efforts, ayant fait l'objet de publications scientifiques, représentent donc une contribution originale à la recherche portée sur le développement de nouvelles molécules antimicrobiennes qui pourraient, éventuellement, offrir des solutions au problème criant posé par la résistance des microorganismes aux antibiotiques classiques. / Antibiotic resistance represents one of the most serious threats to public health in the years ahead. Indeed, the massive and sometimes excessive use of these hallmark molecules of modern medicine has led to the development of microorganisms capable of resisting their action, posing a major challenge to the treatment of the infections they cause. For several years now, the scientific community has been making considerable efforts to develop new antimicrobial molecules that could serve as alternatives to these traditional antibiotics. This research is also highly relevant to the food sector, as the demand for effective, safe preservatives of natural origin is growing in response to concerns about the use of molecules currently available for this purpose (benzoates, nitrates, etc.). Sustained research efforts in recent decades have identified a particularly promising class of molecules: antimicrobial peptides (AMPs). These small molecules made up of amino acids offer several advantages that make them good candidates as alternatives to conventional antibiotic molecules, notably their broad spectrum of action, their low propensity to induce microbial resistance and, in many cases, their natural origin. Marine biomasses, including fish, are excellent sources of AMPs. For example, several AMPs have been isolated from fish of the Scombrids family (mackerel, tuna, etc.), some of which show strong homology with a ubiquitous enzyme in the natural world, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). It was therefore on the basis of an extensive scientific literature that the guiding hypothesis of this project - that modulation of the physico-chemical properties of GAPDH-related AMPs from Scombrids fish can improve their antimicrobial activity - was put forward. The overall aim of the project was to study the structure-activity relationships and mechanisms of action of these AMPs, in order to develop analogous peptides with enhanced antimicrobial activity. This main objective was broken down into three specific objectives to put the hypothesis to the test. The first specific objective of the project was to establish relationships between the chemical structure of these Scombrid-derived peptides homologous to GAPDH and their antibacterial and antifungal activities. To this end, eight peptides were synthesized, including a native AMP already known in the literature and seven chemical analogs in which certain amino acid residues were substituted. The antimicrobial activity of these eight peptides was tested on several bacterial and fungal strains to obtain minimum inhibitory concentration values. Their chemical properties (notably net charge and hydrophobicity) were determined, and their secondary structures were evaluated in different chemical environments using circular dichroism and a bioinformatics prediction method. The results of these experiments revealed that analogs with increased cationic character had stronger antimicrobial activity, while another, more hydrophobic analog showed particularly interesting antifungal activity. The secondary structure of the peptides had no major impact on their activity. The second specific objective was to elucidate the mechanism of action of these different peptide analogs. Of the eight analogs synthesized and tested for antimicrobial activity, five were selected for investigation of their mechanism of action. Interactions between these peptides and various phospholipids in liposome form were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy. Their capacity for membrane permeabilization was also assessed by an experimental method based on the use of two nucleic acid dyes with differential membrane permeabilization capacity as a function of microorganism membrane integrity. Finally, many molecular dynamics bioinformatics simulations were carried out to visualize and quantify the atomic-scale interactions between the peptide analogs and two membrane models with different lipid compositions, precisely simulating the membranes of Gram-negative and Gram-positive bacteria. Analysis of the various data obtained led to the conclusion that peptides interact with membrane phospholipids and, in several cases, are capable of permeabilizing the cytoplasmic membrane of microorganisms. An obvious, but not completely clear, link between this membrane permeabilization capacity and antimicrobial activity has also been demonstrated, suggesting a mixed mechanism of action involving intracellular targets. Thirdly, the stability and safety of these peptide analogs were assessed. The impact of pH and different concentrations of monovalent and divalent cations on the antimicrobial activity of the peptides was tested, as was their resistance to thermolytic degradation. Peptide toxicity was assessed based on hemolytic activity tests. Finally, the stability in the gastrointestinal tract of two of the peptides was studied with a dynamic *in vitro* digestion model (TIM-1), which is a system specifically designed to simulate the digestion process in the human gastrointestinal tract, as well as chromatography and mass spectrometry analyses. The results obtained showed that the antimicrobial activity of the analogs was enhanced at acidic pH, diminished in the presence of monovalent cations and completely inhibited in the presence of divalent cations. It was also concluded that the peptides were rapidly degraded in the stomach and had negligible hemolytic activity. In conclusion, the experimental and *in silico* work carried out as part of this thesis project has revealed important links between the chemical structure, antimicrobial activity and mechanism of action of these GAPDH-related AMPs from Scombrids. The stability and safety of these peptides were also characterized, so that an interesting potential for clinical and food applications could be highlighted. The fruits of these efforts, which have been the subject of scientific publications, thus represent an original contribution to research into the development of new antimicrobial molecules that could eventually offer solutions to the glaring problem posed by microorganism resistance to conventional antibiotics.

Depuis plus de 4 décennies, la lévodopa (L-dopa) demeure la pierre angulaire du traitement pharmacologique de la maladie de Parkinson. Malheureusement après 4 à 5 années de traitement chronique, des patients développent des effets secondaires à la L-dopa comme les complications motrices de type détérioration de fin de dose (wearing-off) et dyskinésies. Ces complications motrices seraient dues en partie à une stimulation non-physiologique des récepteurs dopaminergiques. L'hyperactivité des récepteurs du glutamate au striatum est aussi une des hypothèses plausibles expliquant les dyskinésies induites par la L-dopa. Cette seconde hypothèse a été l'objet principal de ce travail. L'étude a porté d'une part sur des cerveaux d'humains parkinsoniens traités à la L-dopa et ayant des complications motrices, et d'autre part sur des modèles de singes MPTP. Les singes de l'espèce Macaca fascicularis ont été ovariectomisés puis rendus parkinsoniens avec la neurotoxine MPTP. Les singes MPTP traités avec la L-dopa seule ont tous développé des dyskinésies. Par contre ceux traités avec la L-dopa + CI-1041 (antagoniste NR2B/NMDA) ou L-dopa + cabergoline (agoniste D2) n'en avaient pas. Les singes traités avec L-dopa + Ro 61-8048 (inhibiteur de la kynurénine-3-hydroxylase) ou L-dopa + AFQ056 (antagoniste mGluR5) avaient de faibles dyskinésies. Nous avons investigué dans le striatum et le globus pallidus des cerveaux humains et des primates non-humains les récepteurs NR2A/NMDA, NR2B/NMDA, AMPA et mGluR5 en utilisant l'autoradiographie d'un ligand spécifique à chacun de ces récepteurs du glutamate. Par hybridation in situ, nous avons évalué les niveaux d'ARNm de mGluR5 et PSD95 puis par immunobuvardage les taux protéiques de PSD95 et l'état de phosphorylation d'ERKl/2. pERKl/ERKl et pERK2/ERK2 diminuaient quand les taux de L-dopa et dopamine diminuaient dans le striatum. Ro 61-8048, en inhibant l'activité de la kynurénine-3-hydroxylase, augmente la synthèse de l'acide kynurénique pour bloquer les récepteurs du glutamate. Ceci a réduit la phosphorylation d'ERKl/2. L'activation d'ERKl/2 est donc modulée par la dopamine et le glutamate. NR2B/NMDA et mGluR5 augmentent chez les animaux dyskinétiques. Cette augmentation est empêchée par les traitements antidyskinétiques. mGluR5 activé, induit une cascade de signalisation qui renforce l'activité des récepteurs ionotropiques AMPA et NMDA qui sont stabilisés dans la membrane plasmique par la protéine PSD95. Nos résultats démontrent que les récepteurs du glutamate sont impliqués dans la pathogénèse des dyskinésies induites par la L-dopa.

Les analogues de choline constituent une nouvelle classe d'antipaludiques qui inhibent la biosynthèse de la phosphatidylcholine (PC) de Plasmodium, parasite responsable du paludisme. Les études conduites ont mis en relief des particularités uniques de ces composés. Nous avons élucidé le mécanisme d'action biochimique de l'albitiazolium, actuel candidat clinique, caractérisant chacune des 5 étapes conduisant à la biosynthèse de PC. L'albitiazolium affecte en premier lieu l'entrée de choline dans le parasite intraerythrocytaire, choline et albitiazolium utilisant le même transporteur et affecte de façon différentielle les autres étapes de synthèse. L'activité antipaludique est fortement antagonisée par la choline indiquant que le mécanisme d'action primaire est bien l'inhibition de la synthèse de PC. L'accumulation des analogues de choline dans le parasite intracellulaire leur permet de restreindre leur toxicité aux seuls érythrocytes infectés. Des études comparatives réalisées chez Plasmodium et Babesia montrent une double compartimentation de l'albitiazolium uniquement chez Plasmodium, l'une d'elles correspondant à la vacuole digestive. L'accumulation chez Plasmodium est glucose-dépendante et exige aussi le maintien des gradients ioniques dans la cellule. Bien que les analogues de choline exercent leur effet antiparasitaire dès les premières heures de contact, l'effet dit « cheval de Troie » exige des conditions particulières pour les mesures d'activités pharmacologiques, nous amenant à comparer différents tests d'activité. Seuls les tests isotopiques basés sur l'incorporation d'hypoxanthine ou d'éthanolamine après un cycle parasitaire entier et le test fluorescent au SYBR green appliqué après 72h obtiennent des résultats fiables quel que soit le mécanisme d'action des antipaludiques. Enfin, des études de pharmacocinétique / pharmacodynamie montrent une exposition plasmatique supérieure chez les souris infectées par Plasmodium, due au recyclage de l'albitiazolium après son accumulation dans l'érythrocyte infecté. / Choline analogues form a new class of antimalarial drugs that inhibit the biosynthesis of phosphatidylcholine (PC) in Plasmodium, the malaria-causing parasite. The studies presented here highlighted the unique features of these compounds. We elucidated the biochemical mechanism of action of albitiazolium, the current clinical candidate, characterizing each of the 5 steps leading to the biosynthesis of PC. Albitiazolium primarily affects the entry of choline into the intraerythrocytic parasite and choline and albitiazolium use the same carrier. The other steps of synthesis are differentially affected. Antimalarial activity is strongly antagonized by choline indicating that the primary mechanism of action is the inhibition of PC synthesis Accumulation of choline analogs in the intracellular parasite allows them to restrict their toxicity to infected erythrocytes. Comparative studies in Plasmodium and Babesia show a double compartmentalization of albitiazolium only in Plasmodium, one of them corresponding to the food vacuole. Accumulation in Plasmodium is glucose-dependent and requires maintaining ionic gradients in the cell.Although choline analogues exert their antiparasitic effect in the first hours of contact, the “Trojan horse effect” requires specific conditions for the determination of pharmacological activity, leading us to evaluate various tests of activity. Only the isotopic tests based on hypoxanthine or ethanolamine incorporation after one parasite cycle and the fluorescent SYBR green assay applied after 72 hours give reliable results regardless of the mode of action of the tested antimalarials. Finally, pharmacokinetics/pharmacodynamics studies in Plasmodium-infected mice revealed that albitiazolium is recycled after its accumulation in the infected erythrocyte leading to increased plasma levels.

Le syndrome de l'X fragile est la cause la plus fréquente de retard mental héréditaire. Ce syndrome est du à l'absence de la protéine FMRP (Fragile X Mental Retardation Protein). FMRPest exprimée dans de nombreux tissus, et surtout dans les neurones et dans les spermatogonies. Elle possède un signal de localisation nucléaire (NLS), et un signal d'export nucléaire (NES), des motifs de liaison à l'ARN (deux domaines KH et une boîte RGG). La présence d'un NLS et d'un NES suggère que FMRP fasse la navette entre le noyau et le cytoplasme pour le transport de l'ARNm. Bien que la sublocalisation et le rôle de FMRP dans le noyau ne soient pas encore connus, dans le cytoplasme FMRP est associée aux polyribosomes faisant partie d'un complexe ribonucléoprotéique où elle interagit avec ses deux homologues FXR1P et FXR2P. Deux structures de liaison pour FMRP ont été identifiées et caractérisées: le "purine-quartet" et le « kissing complex». Plusieurs ARN ont été identifiés comme cibles potentielles de FMRP. Ces ARN sont derégulés chez les souris Fmr1 nulles, mais la signification fonctionnelle de l'interaction FMRP/ARN reste toujours partiellement connue. <br />L'objectif principal de ma thèse étant la compréhension du mécanisme d'action de FMRP sur ces ARN cibles, ce projet a été abordé en deux points principaux :<br />-Recherche de l'influence des protéines qui interagissent avec FMRP sur sa capacité (affinité) à se lier à l'ARN<br />-Recherche de nouvelles séquences/structures cibles de FMRP et analyse du rôle de l'interaction FMRP/ARN.<br />Nous avons pu montrer une interaction spécifique uniquement entre l'isoforme musculaire de FXR1P avec la structure de G-quartet. Cela nous a permis d'établir un rôle synergique et non compensatoire de FXR1P sur FMRP. <br />D'un autre côté, nous avons démontré l'interaction spécifique de FMRP avec une nouvelle structure présente dans l'ARNm de la Sod1 que nous avons appelé SSLIP (Sod1 Stem Loops Interacting with FMRP). La distribution de SSLIP sur les polyribosomes est altérée en absence de FMRP ce qui conduit à une faible expression de la protéine Sod1. En utilisant un système de gène rapporteur, nous avons montré que l'interaction FMRP/SSLIP favorise la traduction de la Sod1 ce qui nous a permis d'établir un nouveau mécanisme d'action de la protéine FMRP sur ces cibles ARN.

Les bactéries Gram-négatif possèdent une structure d'enveloppe, ainsi que des pompes d'efflux (i.e., systèmes de transport actif permettant de détoxifier la cellule bactérienne) qui les rendent naturellement résistantes aux antibiotiques. Ces deux caractéristiques constituent de véritables barrières qui s'opposent à l'accumulation d'une grande variété d'antibiotiques près de leur cible, à l'intérieur de la bactérie. La perturbation des mécanismes s’opposant à l’accumulation d’antibiotiques par des agents chimiosensibilisants représente une stratégie prometteuse.L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre les mécanismes d'inhibition de la résistance qui s’oppose à l’accumulation d’antibiotiques chez les bactéries Gram- négatif.Dans un premier temps l'activité de divers agents chimiosensibilisants synthétiques a été caractérisée. Trois dérivés ont été identifiés pour augmenter significativement l'activité synergique avec les antibiotiques, préalablement observée avec le géraniol. Ces dérivés ont montré une activité inhibitrice des pompes d'efflux ou perméabilisatrice de la membrane externe, pouvant être à l'origine des synergies observées.Dans un second temps, une méthode de criblage a été mise au point, en permettant la détection spécifique des agents chimiosensibilisants tout en décrivant leur mécanisme d'action.Ces travaux de thèse ont participé à proposer une solution thérapeutique brevetée au stade pré-clinique. Ils ont en outre permis de mettre en place des outils originaux pour identifier de nouveaux chimiosensibilisants, mais aussi pour mieux comprendre comment perturber les barrières s'opposant à l'accumulation d'antibiotiques. / Gram-negative bacteria are naturally resistant to many classes of antibiotics thanks to their ability to control the accumulation of drugs. Decreasing membrane barrier permeability and producing efflux pumps that expel drugs outside bacteria, represent the prevalent mechanisms of this resistance. One of the most promising solutions consists in restoring antibiotic activity by targeting such barriers to accumulation, with chemosensitizers.The purpose of my PhD was to better understand the inhibition of resistance that opposes the accumulation of antibiotics in Gram-negative bacteria.In the first stage of the study, the activity of various synthetic chemosensitizers has been characterized. Three compounds were identified to significantly increase the synergistic activity with antibiotics, that was previously observed with geraniol. These derivatives showed an efflux pump inhibition or an outer membrane permeabilization effect, that could be related to the observed synergy.In the second stage of the study, a screening method has been developed for the specific detection of chemosensitizers, while describing their mechanism of action.This work participated in proposing a patented therapeutic solution in the preclinical stage. This study has led to new tools to identify novel chemosensitizers, but also to better understand how to impair the barriers opposing the accumulation of antibiotics.

Connaître le mécanisme d’action (MechoA) des substances est une première étape clé pour l’évaluation de risque (éco)toxicologique. Les MechoAs désignent les interactions moléculaires entre les xénobiotiques et le matériel biologique, entraînant des effets toxiques.Des informations de MechoA ont été collectées pour des centaines de molécules chez différentes espèces, principalement le rat et le poisson. Une première méthode pour prédire les MechoAs à partir de la structure a été développée à l’aide de calculs quantiques. Elle a résulté en 70% de classifications correctes.Par la suite, une deuxième méthode de prédiction utilisant des alertes structurales a été développée, et utilise 6 MechoAs généraux incluant 23 MechoAs détaillés. Cette méthode a obtenu 92% de classifications correctes, tout en étant simple et rapide à mettre en œuvre. Nous l’avons comparée avec d’autres méthodes disponibles et notre arbre de décision a obtenu les meilleures statistiques. Cette méthode est en cours d’implémentation dans un logiciel, et sera disponible gratuitement.Des expériences en laboratoire ont aussi été effectuées et ont permis de consolider les données pour des substances mal caractérisées, en mesurant le logP, la solubilité aqueuse et la toxicité aigüe pour les daphnies. / A knowledge of the mechanism of action (MechoA) of substances is a crucial first step in (eco)toxicological risk assessment approaches. MechoAs refer to molecular interactions between xenobiotics and biological material, leading to an adverse outcome. MechoA information has been gathered for hundreds of molecules in several species, mainly rats and fish. A first method to predict MechoAs from the structure has been developed using quantum calculations. This resulted in 70% correct classifications. A second method to predict MechoAs using structural alerts was developed, using a classification with 6 general MechoAs including 23 detailed MechoAs. This method achieved 92% correct classifications, while being simple and fast to use. We compared this method with other available methods and our decision tree showed the best statistics. This method is currently being implemented into a software, and it will be made freely available as we consider it as a useful support in risk assessment. Some laboratory studies have also been performed and have consolidated data for substances which were not well characterised, measuring logKOW, water solubility and acute toxicity to daphnids.

Le paracétamol est sujet à controverse depuis sa découverte. Que ce soit son mécanisme d’action, ses effets indésirables ou son efficacité, de nombreuses études ont été réalisées et parfois se contredisent. Parfois critiqué pour son efficacité limitée, il n’a pourtant rien à envier aux autres antalgiques : il soulage les douleurs faibles à modérées sans effets indésirables aux doses thérapeutiques. Cela en fait un médicament de premier recours chez la femme enceinte, le nourrisson et l’enfant. D’après un rapport de l’ANSM, sur les 30 substances actives les plus vendues en France en 2013 (montant total 1,15 milliard de boîtes), le paracétamol domine très largement (plus de 500 millions de boîtes). C'est l’antalgique et l’antipyrétique le plus consommé au monde. La pharmacopée des antalgiques est vieillissante, l’évolution de l’arsenal thérapeutique depuis 50 ans est limitée. Ce constat amène à réévaluer les stratégies de recherche. Maintenant, notre intérêt serait de comprendre les mécanismes et les cibles de ces antalgiques afin de développer des analogues plus affins tout en limitant leurs effets indésirables. Basée cette stratégie, le paracétamol est un parfait candidat. En effet, son mécanisme d’action n’est pas parfaitement connu mais son efficacité n’est plus à prouver. L’objectif de ces travaux est d’élucider le mystère qui entoure son mécanisme d’action et de découvrir ses cibles. Les dernières études redéfinissent le paracétamol comme un précurseur métabolique à l’origine d’un dérivé lipidique actif, nommé AM404. Ce dernier serait synthétisé dans certaines régions cérébrales exprimant l’enzyme FAAH capable de catalyser cette réaction. Le mécanisme alors mis en jeu montre que le paracétamol, via l’AM404, activerait les récepteurs TRPV1 centraux et indirectement les récepteurs CB1 pour renforcer un mécanisme central d’atténuation de la douleur via les voies descendantes sérotoninergiques. Cependant, le noyau cérébral concerné et le mécanisme cellulaire mis en jeu demeurent inconnus. Des données comportementales associées à une étude d’imagerie fonctionnelle ont levé le voile sur plusieurs régions cérébrales potentiellement impliquées dans l’action du paracétamol, notamment la substance grise périaqueducale. Cette dernière a suscité notre intérêt, car ce noyau exprime à la fois la triade FAAH/TRPV1/CB1, mais aussi est un carrefour des voies descendantes sérotoninergiques. Une activation dans la substance grise périaqueducale des récepteurs TRPV1 et CB1 est à même de produire un effet antinociceptif dépendant de ces contrôles descendants. Ces travaux de thèse ont conduit à conforter que l’action antalgique du paracétamol implique un mécanisme supra-spinal dépendant de l’enzyme FAAH en condition pathologique. Plus précisément, nous avons étudié le rôle de la triade FAAH/TRPV1/CB1 au niveau de la SGPA. Nous avons découvert que le paracétamol interagissait avec une voie de signalisation cellulaire mGLUR5-PLC-DAGL responsable de la production de l’endocannabinoïde 2-AG. Ce mécanisme pourrait à la fois expliquer l’étroite collaboration existant entre les récepteurs TRPV1 et CB1 dans l’effet antalgique du paracétamol et le renforcement des voies descendantes sérotoninergiques. Le paracétamol est donc un promédicament dont l’action cérébrale recruterait un ensemble de systèmes complexes pour médier son effet antalgique. Ce mécanisme séduisant ouvre la piste à de nouveaux antalgiques toujours plus efficaces avec des effets indésirables moindres, à l’image du paracétamol. / Paracetamol is since its discovery controversial. Whether with respect to the mechanism of action, its side effects or effectiveness, many studies have been performed, at times contradictory. Sometimes criticized for its limited effectiveness, it has nothing to envy in contrast to other analgesics whose effectiveness are often associated with side effects. Paracetamol has proven itself to relieve low to moderate pain without side effects at therapeutic doses. This makes it drug of choice for pregnant women, infants and children. According to a report by the ANSM of the 30 top-selling active substances in France in 2013, with a total of 1.15 billion boxes, paracetamol largely dominates this ranking as its sales are over 500 million boxes. Thus it has become the analgesic and antipyretic most consumed in the world. Today, the pharmacopoeia of analgesics is outdated; evolution of the therapeutic arsenal for 50 years is limited with few major discoveries reported. This observation leads to the need to reassess research strategies to innovate new and more effective molecules. Until now, the aim was to focus on a few molecules with high therapeutic potential in order to optimize their effectiveness without understanding their mechanisms. Now our interest is to understand the mechanisms and targets of these analgesics in order to develop more comparable molecules while limiting their adverse effects. Based on this strategy, paracetamol is a perfect candidate. Indeed, its mechanism of action is not fully known, but its effectiveness is proven. The aim of this work is to elucidate the mystery surrounding its mechanism of action and discover its targets. The latest studies redefine paracetamol as a metabolic precursor to the origin of an active lipid derivative, called AM404. The latter is synthesized in certain regions of the brain expressing the FAAH enzyme capable of catalyzing this reaction. The mechanism thus put into play shows that paracetamol, via AM404, activates TRPV1 receptors and the central CB1 receptors indirectly to reinforce a central mechanism of pain relief via serotonergic descending pathways. However, the cerebral area concerned and the cellular mechanism involved remain unknown. Behavioral data associated with a functional imaging study unveiled several brain regions potentially involved in the action of paracetamol, including the periaqueductal gray matter. The latter sparked our interest for two reasons: one because it expresses the core triad FAAH/TRPV1/CB1; and two it also represents a crossroad of descending serotonergic pathways. Activation in the periaqueductal gray matter of the TRPV1 and CB1 receptors is adapted to produce an antinociceptive effect dependent on these descendant control systems. This work of this thesis has led to re-affirm that the analgesic action induced by paracetamol involves a supra-spinal mechanism dependent on the FAAH enzyme in pathological conditions. Specifically, we investigated the role of the triad FAAH/TRPV1/CB1 in the periaqueductal gray matter. We found that paracetamol interacted with the cell signaling pathway mGluR5-PLC-DAGL responsible for production of the endocannabinoid 2-AG. This mechanism can explain both the close collaboration between the TRPV1 and CB1 receptors in the analgesic effect of paracetamol and the reinforcing of serotonergic descending pathways. Paracetamol is thus a prodrug whose cerebral action involves a set of complex systems to mediate its analgesic effect. This attractive mechanism opens the track to new painkillers ever more effective with fewer side effects, reflected paracetamol mechanism.

L'induction par le phénobarbital (PB) de gènes codant pour des cytochromes P450 (P450) est un phénomène d'intérêt autant dans l'étude du métabolisme des médicaments qu'en cancérologie. Les gènes CYP2B1 et CYP2B2 chez le rat sont induits de façon spectaculaire dans le foie de l'animal en réponse à une exposition au PB. La quantité d'ARN messagers des deux gènes combinés peut atteindre plus de cent fois le niveau normal. Cette augmentation de la transcription en réponse au PB dépend d'un segment de 163 paires de bases situé à environ 2.2 kilobases en amont du site d'initiation de la transcription des deux gènes. Ce segment se comporte comme un amplificateur transcriptionnel et constitue une unité de réponse au PB (PBRU). Le PBRU contient au moins trois sites putatifs de fixation pour des récepteurs nucléaires désignés NRl, NR2 et NR3. Le récepteur nucléaire CAR {constitutive androstane receptor) se déplace du cytoplasme vers le noyau en réponse au PB. Ce récepteur nucléaire a également la capacité de se fixer sur les sites NRl, NR2 et NR3 pour activer la transcription. Le rôle proposé de CAR dans la réponse au PB fut évalué dans un système de culture primaire d'hépatocytes de rat ainsi que dans des cellules CV-1. La conversion des sites NRl et NR2 en sites de haute affinité pour CAR fut utilisée afin d'évaluer la fonction de ces éléments de réponse. Par ailleurs, les segments d'ADN génomiques qui agissent comme amplificateurs transcriptionnels contiennent généralement plusieurs sites de fixation pour différents facteurs de transcription. L'analyse fonctionnelle du PBRU a servi de point de départ pour la mise au point d'une approche bioinformatique visant à identifier des segments d'ADN qui contiennent des regroupements statistiquement improbables de motifs signatures. La rareté de ces regroupements fut évaluée sur des distances de plusieurs mégabases afin d'en démontrer la corrélation avec les segments d'ADN génomique qui ont des propriétés régulatrices sur la transcription des gènes.