Durant ces dernières années, de nombreuses études épidémiologiques ont mis en évidence que les pathologies métaboliques (obésité, diabète) et cardiovasculaires pourraient, en partie, se déterminer dès la grossesse, via des perturbations de l'environnement intra-utérin. La notion de " programmation fœtale " implique qu'une altération durant la vie fœtale perturberait le développement du fœtus et le vulnérabiliserait au développement ultérieur de pathologies. Ainsi, un enfant qui naît avec un très faible poids de naissance (inférieur à 2,4 kg) ou à l'inverse avec un poids de naissance très élevé (supérieur à 4,0 kg) est statistiquement plus vulnérable au développement de ces maladies. Pour étudier ce phénomène et tenter d'en comprendre les mécanismes, nous avons utilisé des modèles expérimentaux (rat, souris) et évalué l'action et l'expression de deux substances vasodilatatrices : le Fasudil (un inhibiteur des Rho kinases) et l'hormone apeline. Les rates gestantes traitées par le L-NAME, un inhibiteur de la NO synthase (50 mg/jour) présentaient une hypertension artérielle et leurs nouveau-nés un retard de croissance intra-utérin (RCIU) de l'ordre de 20%. L'administration aux mères de Fasudil (10 mg/jour) permettait de restaurer une pression artérielle normale en fin de gestation et améliorait considérablement la croissance fœtale des animaux exposés au L-NAME. Cependant, alors que les animaux nés avec un RCIU (nouveau-nés L-NAME) ne présentaient que peu de perturbations métaboliques à l'âge adulte, les animaux exposés au Fasudil seul étaient rapidement en surpoids, présentaient une hyperglycémie à jeun et développaient des troubles du comportement alimentaire de type hyperphagique. D'autre part, par une étude menée chez des souris obèses et intolérantes au glucose après exposition à un régime hyperlipidique, nous avons démontré que l'expression génique de l'apeline est altérée dans plusieurs organes (foie, rein, tissu adipeux) bien que l'apelinémie des souris obèses reste inchangée. Des études en voie de finalisation sont menées afin de déterminer si le système apelinergique est modulé chez des souris gestantes obèses à la fois chez les compartiments maternels et fœtaux mais aussi dans le placenta. En conclusion, nous avons démontré que l'inhibition de la voie des Rho kinases en fin de gestation programme chez la descendance un surpoids, une hyperglycémie et à une altération de la prise alimentaire. Ayant démontré que le système apelinergique est altéré chez des souris femelles obèses et intolérantes au glucose, il nous reste à déterminer si ce système est aussi perturbé en condition de grossesse associée à l'obésité maternelle.

L’obésité est définie comme un surplus de masse adipeuse. Cette condition représente un problème de santé publique devenu pandémique dans les pays industrialisés. Elle prédispose à des maladies potentiellement mortelles comme le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires et la stéatose hépatique non-alcoolique. L’accumulation du tissu adipeux intra-abdominal, formé d’adipocytes, est corrélée avec la résistance à l’insuline. L’augmentation de la masse adipeuse se fait par l’hyperplasie des préadipocytes, la différenciation des préadipocytes en adipocytes et l’hypertrophie des adipocytes. La différenciation des préadipocytes se fait selon l’adipogenèse qui est régulée par une multitude de facteurs, mais qui est inhibée pas les stimuli inflammatoires qui sont aussi responsables de la résistance à l’insuline et de l’apparition des problèmes de santé liés à l’obésité. Nous avons identifié un nouveau système de régulation autocrine/paracrine de l’adipogenèse dans les cellules du tissu adipeux. Le pyroglutamylated RF-amide peptide (QRFP), qui était connu pour son rôle dans la régulation de l’appétit, est un activateur de l’adipogenèse par l’activation de son récepteur, le G protein-coupled receptor 103 (GPR103). Le QRFP est exprimé dans les macrophages et les adipocytes alors que le GPR103 de sous-type b est exprimé dans les adipocytes seulement. Un traitement des adipocytes avec le QRFP augmente le captage des acides gras, l’accumulation de lipides ainsi que l’expression et l’activité de l’enzyme LPL. Le QRFP augmente aussi l’expression des gènes des transporteurs d’acides gras CD36 et FATP1, de l’enzyme activatrice d’acides gras ACSL1 et des facteurs de transcription PPAR-γ et C/EBP-α, qui sont tous impliqués dans l’adipogenèse. En plus de ses effets sur l’adipogenèse, le QRFP possède aussi un effet inhibiteur sur l’activité lipolytique induite par les catécholamines. Nous avons montré que l’expression du QRFP est diminuée dans le tissu adipeux des souris obèses. Selon nos résultats, cette diminution pourrait être expliquée par une augmentation des endotoxines circulantes chez les obèses, appelée endotoxémie métabolique, qui agirait, entre autres, par l’induction des interférons dans les macrophages. Les voies de signalisation de ces effets ont aussi été identifiées. Nous avons montré un autre exemple de stimulus inflammatoire qui régule les signaux adipogènes à la baisse. / Obesity is defined as an excess of fat tissue mass. Obesity is a public health problem which became pandemic in developed countries. The condition of obesity predisposes to potentially fatal diseases like type 2 diabetes, cardiovascular diseases and non-alcoholic steatohepatitis. The increase in intra-abdominal adipose tissue mass is intimately associated with the development of insulin resistance. An increase in fat tissue mass occurs by preadipocytes hyperplasia, preadipocytes differentiation into adipocytes and adipocyte hypertrophy. The differentiation of preadipocytes occurs during adipogenesis and is regulated by multiple factors but inhibited by inflammatory stimuli that are responsible for insulin resistance and the emergence of obesity-related dysfunctions. We identified a new autocrine/paracrine system of regulation of adipogenesis in adipose tissue cells. The pyroglutamylated RF-amide peptide (QRFP), previously known for its role in the regulation of appetite, is an activator of adipogenesis by activating its receptor, G protein-coupled receptor 103 (GPR103). QRFP is expressed in adipocytes and macrophages whereas the GPR103 subtype b is expressed in adipocytes only. Treatment of adipocytes with QRFP increases fatty acids uptake, lipid accumulation, LPL enzyme expression and activity. QRFP upregulates gene expressions of fatty acids transporters CD36 and FATP1, of the fatty acid activating enzyme ACSL1 and of transcription factors PPAR-γ and C/EBP-α, which are all involved in adipogenesis. In addition to its effects on adipogenesis, QRFP shows an inhibitory effect on lipolytic activity induced by catecholamines. We have shown that QRFP expression is decreased in adipose tissues of obese mice. According to our results, this decrease could be explained by an increase of circulating endotoxins in obesity, called metabolic endotoxemia, which mediate its effect, in part, by the induction of interferons in macrophages. Signaling pathways of these effects have been identified. We demonstrated another example of inflammatory stimulus downregulating adipogenic signals.

La drépanocytose est la maladie génétique la plus répandue au monde. Elle est caractérisée par la synthèse d’une hémoglobine anormale S (HbS) et associée à une altération des processus de distribution d’oxygène. Bien que ces anomalies puissent impacter le muscle strié squelettique, ce tissu n’a que très rarement été étudié. L’objectif de ce travail de thèse était de décrire les réponses fonctionnelles et énergétiques du muscle à l’exercice aigu, à l’ischémie – reperfusion et à l’entraînement en endurance dans un modèle de souris drépanocytaires, et d’identifier les mécanismes responsables des échanges de protons entre le muscle et le sang.Des souris drépanocytaires sédentaires et entraînées ont été soumises à des protocoles standardisés de repos – stimulation – récupération et repos – ischémie – reperfusion pendant lesquels la force et le métabolisme énergétique (par spectroscopie de résonance magnétique du phosphore 31) étaient mesurés. Des souris hétérozygotes pour le transporteur de monocarboxylate 1 (MCT1) ont également été soumises au protocole de stimulation. Des analyses in vitro du métabolisme énergétique et des mécanismes de régulation du pH ont également été réalisées.Ce travail a permis de démontrer que les réponses fonctionnelles et énergétiques à l’exercice musculaire et l’ischémie - reperfusion étaient affectées par la présence d’HbS et que l’entraînement en endurance permettait d’améliorer une partie de ces anomalies. Nous avons également observé que MCT1 était responsable de l’entrée des protons dans la cellule au repos, mais peu actif pendant l’exercice. / Sickle cell disease (SCD) is the most frequent inherited disorder in the world. It is characterized by the synthesis of an abnormal hemoglobin S (HbS) and associated with impairments in oxygen delivery processes. If these abnormalities could impact skeletal muscle, this tissue has been rarely investigated. The aim of this thesis was to investigate muscular function and energetics in response to acute exercise, ischemia – reperfusion and endurance training in a mouse model of SCD, as well as identify the mechanisms involved in proton exchanges between muscle and blood.Sedentary and trained SCD mice were submitted to protocols of rest – stimulation – recovery and rest – ischemia – reperfusion during which muscular force and energetics (by magnetic resonance spectroscopy of phosphorus 31) were measured. Monocarboxylate transporter 1 (MCT1) haploinsufficient mice were also submitted to the stimulation protocol. Several muscles were sampled and permitted to analyze in vitro enzyme activities, content of proteins involved in pH regulation and some markers of oxidative stress.This thesis demonstrated that muscular function and energetics were impaired in SCD mice in response to both exercise and ischemia – reperfusion and that endurance training could alleviate some of these abnormalities, particularly acting on oxidative processes. We have also observed that MCT1 is involved in proton uptake by myocytes at rest, but its action is less important during exercise.

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Les événements de diversification adaptative sont des éléments primordiaux de l'évolution. En effet, ils engendrent des innovations phénotypiques telles que la colonisation de nouvelles niches écologiques et au final, la spéciation. Afin d'étudier les ressorts écologiques et moléculaires de la diversification adaptative, nous utilisons la plus longue des expériences d'évolution en cours. Depuis 1988, soit plus de 60 000 générations, douze populations indépendantes issues d'un ancêtre commun d'Escherichia coli sont propagées quotidiennement dans un milieu minimum comportant une faible quantité de glucose.Un événement unique de diversification s'est produit dans une des 12 populations (Ara–2). Deux lignées de phénotypes différents sont apparues après environ 6500 générations, les S pour «Small» et les L pour «Large», chacune présentant des tailles cellulaires différentes. Les deux lignées coexistent grâce à une sélection négative dépendant de la fréquence qui favorise la lignée la plus rare et permet de supplanter sa concurrente; ainsi, aucune des deux lignées ne s'éteint. Avant l’événement de diversification, la population Ara–2 a développé un phénotype hypermutateur suite à la mutation d'un gène de réparation de l'ADN. L'objectif de cette thèse est de caractériser les mécanismes écologiques, physiologiques et moléculaires sous-tendant l'émergence et la coexistence des lignées S et L.En premier lieu, nous avons utilisé un ensemble d'expériences d'évolution in vivo et in silico afin de déterminer les moteurs écologiques et physiologiques de l'émergence de ce polymorphisme. Plusieurs mécanismes écologiques, incluant les compromis (trade-off évolutifs), la saisonnabilité et les déplacements de caractères interviennent dans l'émergence et la persistance de la diversité au long terme. Nous avons montré que la lignée L, en produisant de l'acétate, créait une nouvelle opportunité écologique exploitée par les S. De plus, au cours du temps, les S et les L s'adaptent à leur niche écologique, respectivement l'acétate et le glucose.En second lieu, nous avons cultivé les S et les L séparément pour éliminer la compétition entre les deux lignées. Dans ces conditions, il y a perte des interactions dépendantes de la fréquence entre les S et les L. Ceci démontre l'importance de la compétition dans le maintien du polymorphisme.En troisième lieu, nous avons combiné des approches génétiques, physiologiques et biochimiques pour déterminer le rôle, dans l'émergence du polymorphisme, d'une mutation spécifique aux S survenant dans le gène arcA, codant un régulateur global. Nous avons montré que l'allèle évolué de arcA augmentait la transcription de gènes du métabolisme de l'acétate dans la lignée S. Au cours de cette étude, nous avons identifié une mutation supplémentaire dans le gène acs, impliqué dans le métabolisme de l'acétate, intervenant dans l'émergence de la lignée S. Nous avons aussi démontré que ces deux mutations étaient favorables à la lignée S au début de son émergence, puis que des mutations plus tardives agissaient de façon épistatiques avec les allèles évolués de acs et de arcA. Ainsi, ces résultats démontrent que l'établissement et le maintien du polymorphisme des S et des L est un processus en plusieurs étapes nécessitant des interactions épistatiques entre plusieurs mutations.En quatrième lieu, nous avons identifié la dynamique au long terme des taux de mutations dans cette population. L'apparition et l'invasion rapide du phénotype hypermutateur est suivie d'une réversion complète mais indépendante dans chacune des lignées S et L.L'émergence d'un polymorphisme bactérien durable reflète une restructuration complexe des réseaux métaboliques et de régulation dans ces lignées qui co-existent, ce qui aboutit à l'apparition et à l'exploitation de nouvelles opportunités écologiques. La compétition et l'évolution de l'utilisation de ressources différentes sont des forces sélectives permettant le maintien du polymorphisme. / Diversification events are central issues in evolution since they generate phenotypic innovation such as colonization of novel ecological niches and, ultimately, speciation. To study the ecological and molecular drivers of adaptive diversification, we used the longest still-running evolution experiment. Twelve independent populations are propagated in a glucose limited minimal medium from a common ancestor of Escherichia coli by serial daily transfers since 1988 for more than 60,000 generations. In one of the twelve populations, called Ara–2, a unique diversification event occurred: two phenotypically-differentiated lineages, named S (Small) and L (Large) according to their cell size, emerged from a common ancestor at ~ 6500 generations. The two lineages co-exist ever since, owing to negative frequency-dependent selection whereby each lineage is favored and invades the other when rare, such that no lineage gets extinct. Moreover, and before the split between the two S and L lineages, the population Ara–2 evolved a hypermutator phenotype, owing to a defect in a DNA repair gene. The objective of this thesis is to characterize the ecological, physiological and molecular mechanisms that allowed the emergence and stable co-existence of the S and L lineages.First, we used a combination of in vivo and in silico experimental evolution to determine the ecological and physiological drivers of the emergence of the polymorphism. Several ecological mechanisms including tradeoff, seasonality and character displacement are involved in the emergence and long-term persistence of diversity. In particular, we showed that the L lineage secretes acetate which generates a new ecological opportunity that the S lineage exploited. In addition, the S and L lineages became fitter and fitter over time in their respective ecological niches, respectively acetate and glucose. Second, we propagated S and L clones separately to remove competition between the two lineages. In these conditions, frequency-dependent interactions between the S and L clones evolved separately were completely abolished, revealing the importance of competition in the maintenance of the polymorphism. Third, we combined genetic, physiological and biochemical approaches to determine the role of an S-specific mutation that was previously found in arcA, encoding a global regulator, in the emergence of the S and L polymorphism. We showed that the evolved arcA allele conferred to the S lineage the capacity to growth on acetate by increasing the transcription of target genes involved in acetate consumption. During this study, we found an additional mutation, in the acs gene involved in acetate metabolism, that was also involved in the emergence of the S lineage. We further showed that these two mutations were favorable to the S lineage early during its emergence, and that other mutations occurred later that interacted epistatically with the acs and arcA evolved alleles. Therefore, these data showed that the establishment and further maintenance of the S and L polymorphism was a multi-step process involving epistatic interactions between several mutations. Fourth, we identified the long-term dynamics of mutation rates in this divergent population. A first early rise of a hypermutator was followed by a full reversion of this mutator state twice independently in each of the two S and L lineages.The emergence of a long-term bacterial polymorphism reflects a complex restructuration of the metabolic and regulatory networks in the co-existing lineages, resulting in the generation and exploitation of a new ecological opportunity. Competition and evolution of divergent resource consumption were the selective forces driving the maintenance of the polymorphism.

Les structures sialylées sont présentes à la surface des cellules sous forme de glycoconjugués,couplés à des protéines ou des lipides. Ces structures jouent un rôle important dans divers processusbiologiques que ce soit à travers l’interaction avec des lectines, ou de par leurs propriétés physicochimiques.Ces structures sont également impliquées dans diverses pathologies et on constatenotamment une forte augmentation du taux d’acides sialiques chez les individus atteints de cancer,due à une surexpession de structures naturelles mais aussi à l’apparition de nouveaux motifs,naturellement absent chez l’individu sain. L’ensemble de ces structures sialylées présente un intérêtsoit par leur rôle biologique soit à cause de leur expression spécifique dans les cancers. Leurobtention est très difficile par voie chimique et la synthèse enzymatique in vitro est efficace mais trèscoûteuse en nucléotide-sucre et ne sont pas adaptées à une production à l'échelle préparative.Dans un premier temps, ces travaux de thèse s’intéressent à la synthèse bactérienne par ingénieriemétabolique d'acides polysialiques fonctionalisés. Ces polysaccharides présentent divers intérêts.Tout d’abord il est possible de les coupler à des protéines actives pour en augmenter le temps dedemi-vie in vivo. Mais ces polysaccharides peuvent également être utilisés dans le cadre de thérapievaccinale, soit contre des bactéries pathogènes de types Neisseria meningitidis qui le présententcomme polysaccharide capsulaire, soit contre les cellules cancéreuses surexprimant cette structure.Ensuite nous avons cherché à obtenir des oligosaccharides spécifiques des cancers, les motifssialylTn, et siallTF, toujours par ingénierie métabolique d’E. coli. Le sialylTn a été couplé à uneplateforme peptidique immunogène afin de construire un candidat vaccin qui a été testé in vitro et invivo sur la souris. / Sialylation is an important feature of glycolipids and glycoproteins of animal cell surfaces. Sialylatedmotifs are involved in many biological processes through lectin interactions or because of theirphysico-chemical properties. There is a great variety of sialylated structural motifs, and in manycases, there is a structure-relationship between the sialylated profile of and some pathologicprocesses. In cancer, there is an increase of sialylation including the apparition of newly andspecifically related sialylated structures belonging to the so-called tumor-associated carbohydrateantigens (TACA). Those structures present a particular interest, but their chemical or chemoenzymaticsynthesis is costly and quite unappropriated for preparative scale.This work addresses to the bacterial synthesis of sialylated motifs through the metabolic engineeringof Escherichia coli. The first part of the thesis deals with the biosynthesis of polysialylatedconjugatable motifs. Those motifs present various biological properties, such as an increase of thelife-time of therapeutic proteins; they also belong to the TACA family since over-expressed incancers. In addition, some of them are bacterial-specific motifs such as in pathogenic Neisseriameningitidis. Altogether, polysialylated conjugates can be useful for the synthesis of therapeuticdrugs and vaccines. The second part of the thesis describes a new way of producing sialylated Tn andTF carbohydrate antigens by metabolic engineering. The sialylTN motif was coupled to a peptidic andimmunogenic scaffold being a potential vaccine candidate, and its ability of raising specific antibodieswas assayed in mouse.

L'hypoxie intermittente (HI), induite par les apnées du sommeil, conduit à des altérations de la sensibilité à l'insuline et de l'homéostasie glucidique mais les mécanismes impliqués restent mal connus. L'objectif de ce travail était d'étudier les effets et les mécanismes sous jacents d'une exposition chronique à l'HI sur l'homéostasie glucidique. L'HI induit une résistance à l'insuline à la fois systémique et tissulaire, ainsi qu'une amélioration de la tolérance au glucose associée à une activation de l'AMPK musculaire. L'HI cause également des altérations du foie et du tissu adipeux associées à un changement du pattern d'expression des gènes dans ces tissus et à un risque accru de développement de pathologies vasculaires comme l'athérosclérose. Enfin, la délétion de PHD1, une des protéines régulatrices de HIF-1, entraîne une résistance à l'insuline associée une stéatose hépatique, faisant de HIF-1 une cible potentielle impliquée dans les altérations metaboliques induites par l'HI. / Intermittent hypoxia (IH), induced by sleep apnea, leads to alterations in insulin sensitivity and glucose homeostasis but the mechanisms involved remains poorly understood. The objective of this work was to study the effects and the underlying mechanisms of chronic exposure to IH on glucose homeostasis. IH induces both systemic and tissue-specific insulin resistance , as well as improved glucose tolerance associated with an activation of muscle AMPK. IH also causes a change in the pattern of gene expression in liver and adipose tissue and an increased risk of vascular pathologies such as atherosclerosis development. Finally, the deletion of PHD1, a regulatory protein of HIF-1, leads to insulin resistance associated with hepatic steatosis, making HIF-1 a possible target involved in the metabolic changes induced by IH.

Le syndrome métabolique comme le diabète de type 2 sont des pathologies chroniques souvent étroitement liées. Le syndrome métabolique via des dysfonctionnements physiologiques qui s'auto-entretiennent et s'amplifient conduira au diabète de type 2. Les dysfonctionnement majeurs sont l'obésité abdominale, l'inflammation et le stress oxydant tissulaire et enfin l'insulino-résistance des tissus sensibles à l'insuline. Il convient donc de lutter efficacement contre ces dysfonctionnements afin de lutter contre ces pathologies chroniques. Les travaux de l'équipe dans laquelle j'ai effectué ma thèse ont permis de mettre en évidence les effets pléiotropes de substances de la famille des dérivés caffeoyls. Ces dérivés largement reconnus comme substances antioxydantes ont des effets insulino-sensibilisants (augmentent le captage de glucose sous stimulus insulinique) et aussi insulino-stimulants (augmentent la capacité sécrétrice de la cellule -pancréatique). Les plantes qui produisent ces dérivés caffoyls sont donc des sources intéressantes de nouveaux aliments santé, d'allégations ou encore de boissons infusées aptes à lutter contre le syndrome métabolique. Les Astéracées semblent disposer de ces substances bénéfiques.Durant ma thèse, j'ai pu montré l'effet antidiabétique d'un extrait de racine de chicorée sauvage (NCRAE), riche en acide chicorique (CRA) et en dérivés caffeoyl-quinic acides (CQAs). L'analyse de l'extrait par LC-MS a permis de déterminer le ratio CRA/CQAs de 70/30. Nous avons montré qu'un mélange d'acide chicorique et d'acide chlorogénique (70/30) mime l' effet antidiabétique de NCRAE. Nous démontrons pour la première fois le bénéfice antidiabétique d'un mélange de dérivés caffeoylsDe nombreuses Astéracées produisent des mélanges divers de dérivés caffeoyls. Afin de mieux comprendre les effets de mélanges caffeoyls nous avons décidé de réaliser une évaluation des effets biologiques in vitro d'extraits riches en caffeoyls issus de dix Astéracées. Nous voulons ensuite réaliser une analyse corrélative entre leurs contenus et leurs effets. L'analyse LC-MS est en cours actuellement.Enfin, deux plantes exotiques (du Congo Kinshasa) bien connues pour leur vertu antidiabétique par les tradipraticiens ont été étudiées. Bien que faisant parties d'autres familles botaniques, celles-ci contiennent également des dérivés caffeoyls. Il était donc intéressant d'appliquer nos critères d'évaluation in vitro du potentiel antidiabétique d'une plante afin d'envisager ou non l'implication des dérivés caffeoyls.Mon travail soutien l'usage en mélanges des dérivés caffoyls afin de lutter contre le syndrome métabolique et le diabète de type 2. / Metabolic syndrome and type 2 diabetes are considered as chronic pathologies. The metabolic syndrome via physiological dysfunctions that self-sustain and expand will lead to type 2 diabetes. The major dysfunctions are abdominal obesity, inflammation and tissue oxidative stress and finally tissue insulin resistance. insulin sensitive. It is therefore necessary to fight effectively against these dysfunctions in order to fight against these chronic pathologies. The work of the team in which I carried out my thesis made it possible to highlight the pleiotropic effects of substances of the family of caffeoyls derivatives. These derivatives widely recognized as antioxidant substances have insulin-sensitizing effects (increase glucose uptake insulin stimulus) and also insulin-stimulating (increase the insulin secretion capacity of the -pancreatic cell). The plants that produce these caffoyl derivatives are therefore interesting sources of new health foods, claims or beverages infused to oppose the metabolic syndrome. Asteraceae seem to have these beneficial substances.During my thesis, I was able to show the antidiabetic effect of wild chicory root extract (NCRAE), rich in chicoric acid (CRA) and caffeoyl-quinic acid derivatives (CQAs). Analysis of the extract by LC-MS determined the CRA / CQAs ratio of 70/30. We have shown that a mixture of chicoric acid and chlorogenic acid (70/30) mimics the antidiabetic effect of NCRAE. We demonstrate for the first time the antidiabetic benefit of a mixture of caffeoyl derivativesMany Asteraceae produce various mixtures of caffeoyl derivatives. In order to better understand the effects of caffeoyl mixtures, we decided to carry out an evaluation of the in vitro biological effects of caffeoyl rich extracts from ten Asteraceae. We then want to carry out a correlative analysis between their contents and their effects. LC-MS analysis is ongoing.Finally, two exotic plants (Congo Kinshasa) well known for their antidiabetic properties by traditional "healers" were studied. Although belonging to other botanical families, these also contain caffeoyl derivatives. It was therefore interesting to apply our criteria of in vitro evaluation of the antidiabetic potential of a plant in order to envisage or not the implication of the caffeoyls derivatives.My work supports the use in mixtures of caffoyl derivatives to fight against metabolic syndrome and type 2 diabetes.

Les ressources de carbone primaires doivent être progressivement remplacées par des ressources renouvelables plus complexes comme les matières lignocellulosiques, pour produire des biocarburants ou des synthons (bioraffineries de 2ième génération). Cette évolution nécessite de modifications importantes à différentes étapes du procédé, au niveau de la fermentation elle-même ou dans les étapes ultérieures nécessaire pour l'obtention du produit cible. Dans ce travail, nous avons étudié un procédé de production de succinate à partir du xylose. La fermentation a été réalisée en utilisant une souche d' Escherichia coli modifiée par ingénierie métabolique. La purification du succinate a été réalisée par nanofiltration. Des travaux précédents ont permis, par ingénierie métabolique, de mettre au point une souche E. coli KJ122 permettant de produire du succinate par fermentation anaérobie de glucose dans un milieu contenant des sels minéraux. Cette souche ne permet cependant pas une fermentation performante lorsque le xylose est utilisé comme substrat. Afin de lever cette limitation, E. coli KJ122 a été modifiée. Le transporteur ABC codant pour les gènes xylFGH a été inactivé par une technique de suppression de gènes. La souche ainsi obtenue, baptisée KJ12201 (E. coli KJ122 ?xylFGH) a permis d'atteindre des vitesses de croissances rapides, des consommations de xylose et une production de succinate améliorées par rapport à la souche parente. Après modification génétique, E. coli KJ12201-14T permet de produire en mode une concentration élevée de succinate de 84 g/L, la concentration d'acétate accumulée étant de 11 g/L, à partir d'un milieu de composition adaptée (AM1) contenant 10% de xylose. En fermentation fed-batch, E. coli KJ12201-14T permet de produire du succinate à une concentration de 84 g/L, avec un rendement de 0.85 g/g et une productivité de 2 g/L/h. Ces résultats démontrent les potentialités de cette souche pour produire du succinate à partir de xylose ou d'hydrolysats riches en xylose issus de matières lignocellulosiques. La nanofiltration a ensuite été considérée afin de purifier le succinate obtenu par fermentation. Les expériences ont été réalisées avec une membrane NF45 et des milieux de fermentation synthétiques contenant le succinate et différentes impuretés, sels minéraux, glucose ou autres sels d'acides organiques, acétate en particulier. L'influence des conditions opératoires (pH, pression) sur les performances de la NF a été évaluée. Les mécanismes gouvernant le transfert des espèces à travers la membrane ont été étudiés afin d'expliquer la variation des rétentions en fonction de la composition du milieu. En solution simple, les résultats ont montré que la rétention du succinate augmente avec la pression appliquée et avec le pH et diminue lorsque la concentration augmente. Pour des concentrations faibles, de l'ordre de 0.1M, les rétentions du succinate et de l'acétate en mélange sont différentes et identiques à celles en solution simples. Une bonne purification du succinate est ainsi possible. Au contraire, pour des concentrations plus élevées en succinate, la rétention diminue par suite de l'écrantage des effets de charge. Les rétentions étant trop proches, la séparation acétate/succinate devient impossible. Considérant les mécanismes ainsi mis évidence, une méthodologie a été proposée afin de réaliser la purification du succinate obtenu par fermentation. La séparation acétate/succinate est effectuée en deux étapes. Une diafiltration du jus de fermentation, préalablement dilué, est d'abord réalisée en utilisant la membrane NF45. Le rétentat purifié est ensuite concentré, en utilisant une membrane d'osmose inverse. Grace à ce procédé, il est possible d'augmenter la pureté du succinate de 85 à plus de 99.5% avec un rendement global supérieur à 92%. L'intérêt de la nanofiltration pour purifier le succinate produit par fermentation est ainsi démontrée. / Current trend is to move from primary carbohydrate resources to more complex ones like lignocellulosic materials as a bio-renewable feedstock, to produce biofuels or chemical building blocks. This evolution requires significant modifications at different stages in the bioprocess engineering, including fermentation and downstream processes. In this work, the succinate production by a newly metabolically engineered Escherichia coli from xylose, and its purification from fermentative broth by nanofiltration were studied. Escherichia coli KJ122 strain was previously engineered to produce high titers and yields of succinate in mineral salts medium containing glucose under simple-batch anaerobic conditions. However, this strain does not efficiently utilize xylose due to catabolic repression. To improve the xylose uptake and its utilization of E. coli KJ122, xylFGH genes were inactivated by the gene deletion technique. The mutant strain named KJ12201 (E. coli KJ122 ?xylFGH) exhibited high abilities in fast growth, xylose consumption and succinate production compared to those of the parental strains. After performing metabolic evolution, E. coli KJ12201-14T efficiently consumed 10% xylose to produce a high succinate concentration at 84 g/L with an accumulated acetate concentration at 11 g/L in mineral salts medium (AM1) under batch fermentation. During fed-batch fermentation, E. coli KJ12201-14T produced succinate at a concentration, yield, and overall productivity of 84 g/L, 0.85 g/g, and 1.0 g/L/h, respectively. These results demonstrated that E. coli KJ12201 would be a potential strain for the economic bio-based succinate production from xylose and other xylose-rich hydrolysates derived from lignocellulosic materials. The succinate purification from fermentation broth by nanofiltration (NF) was also investigated. The experiment was carried out with a NF45 membrane and various synthetic fermentation broths containing succinate salt and different impurities such as inorganic salts, glucose, and other organic acid salts including acetate. The influence of the operating conditions (pH, pressure) as well as the broth composition on the NF performances was evaluated. The mechanisms governing the transfer of the solutes through the membrane were studied in order to explain the different solute retentions observed according to the fermentation broth composition. In single-solute solutions, the succinate retention increases with increasing pressure and feed pH and decreases with increasing feed concentration. For instance, at a low salts concentration at 0.1 M, it was observed that the retentions of succinate and acetate in the mixture are identical to those in single solutions. Thus, a good purification of succinate can be obtained. On the contrary, with higher succinate concentrations, the retention was decreased due to the screening effect. Retentions of those solutes were then too close to achieve a separation. Based on abovementioned mechanisms observed, a methodology was proposed to perform the succinate purification from fermentation broth. The succinate/acetate separation was carried out in two steps. A diafiltration of the diluted fermentation broth was initially performed, and the concentration step followed. With this process, it was possible to increase the succinate purity from 85% to more than 99.5% while maintaining a total yield higher than 92%. From this work, it was shown that NF could be effectively used for the succinate purification from fermentation broth.

Les Streptomyces possédent un large arsenal enzymatique ayant des rôles importants dans le sol. Au cours de cette thèse, nous avons exploré leur diversité génétique, fonctionnelle et écologique à partir de collections provenant de sols forestiers. Ainsi, l’exploration du potentiel cellulolytique et la capacité à détecter des sucres libérés lors de l’attaque du bois par des champignons lignivores a permis de créer un biosenseur dont l’exploitation pourrait constituer un nouvel outil normatif pour la détection de la dégradation du bois. Suite à une approche de génomique comparative réalisée entre des isolats sympatriques, nos résultats ont permis de démontrer que des souches phylogénétiquement très apparentées présentaient de grandes différences en termes de présence/absence de gènes, suggérant une vitesse d’évolution rapide du génome accessoire au sein de la population. Ces gènes, souvent associés à des éléments potentiellement transférables, a souligné un rôle important du transfert horizontal pour la diversification de la population. Par une approche d’écologie réverse, la fonction prédite de certains de ces gènes a également pu être corrélée avec un rôle écologique potentiel. Ainsi, l’un des clusters de gènes variables identifié était impliqué dans la production de métabolites secondaires et pourrait constituer un bien commun pour la population. Nos résultats ont confirmé la grande diversité métabolique des Streptomyces (et leur utilité à des fins appliquées), mais indique également qu’une diversification rapide entre souches proches, aurait un rôle écologique important au niveau des populations naturelles de Streptomyces / Streptomyces are known to possess a large enzymatic arsenal which can have important roles in the soil. During this thesis, we explored their genetic, functional and ecological diversity using collections from forest soils. Thus, the exploration of their cellulolytic potential and their ability to detect complex sugars released by wood during lignivorous fungi attacks has led to the creation of a biosensor whose exploitation could constitute a new normative tool for the detection of the degradation of wood. Subsequent to comparative genomic approach carried out between sympatric isolates, our results also demonstrated that phylogenetically highly related strains exhibited large differences in the presence / absence of genes, suggesting a rapid rate of evolution of the population accessory genome. These genes, often associated with potentially transferable elements, underlined important role of horizontal transfer for population diversification. Using a reverse ecology approach, the predicted function of some of these genes could also be correlated with a potential ecological role. Thus, one of the variable gene clusters identified by genome analysis was involved in the production of secondary metabolites and would constitute a common good for the population. All of our results confirm the wide metabolic diversity of Streptomyces (and their utility for applied purposes), but also indicates that this diversification would be rapid between nearby strains and would have an important ecological role in the natural populations of Streptomyces