Les huiles essentielles (HE) de lavande et de lavandin appartiennent au patrimoine de la région méditerranéenne. Comme tout produit naturel ou synthétique à valeur ajoutée, ces HE doivent être contrôlées pour justifier la qualité du produit. Ce contrôle qualité nécessite la mise en place d'une méthodologie analytique fiable. Dans cette étude, une nouvelle approche utilisant les techniques spectroscopiques et chromatographiques et le traitement de données à l'aide d'outils chimiométriques permet de différencier les HE de lavande et de lavandin par origine variétale. Cette discrimination s'effectue grâce à leur empreinte spectrale ou chromatographique. L’intérêt d’utiliser la chromatographie chirale associée à la détection polarimétrique et de la signature chiroptique acquise a également été étudié. Cette étude nous a permis d’identifier des marqueurs métabolomiques qui sont primordiaux pour caractériser les variétés. Les résultats montrent qu'il est possible de discriminer les HE de lavande et de lavandin selon leurs variétés avec une bonne justesse sur l'ensemble des techniques utilisées. / Lavender and lavandin essential oils (EOs) belong to the heritage of the Mediterranean region. Like any natural or synthetic product with an added value, these EOs must be controlled to justify the quality of the product. This quality control requires the establishment of a reliable analytical methodology. In this study, a new approach using spectroscopic and chromatographic techniques for data processing associated to chemometric tools allows to discriminate lavender and lavandin EOs. This discrimination is carried out thanks to their spectroscopic or chromatographic fingerprints. The interest to use the chiral chromatography combined with polarimetric detection and of acquired chiroptical signature was also studied. This methodology has allowed us to identify metabolomic markers which are paramount to characterize the varieties. The results show that it is possible to discriminate the lavender and lavandin EOs according to their varieties with good accuracy on all of the techniques used.

La vigne est sensible à de nombreuses maladies cryptogamiques qui vont altérer la qualité des raisins et des vins. Depuis plusieurs années, l’Esca est devenue un fléau pour la viticulture moderne, car elle est responsable de la mort des pieds de vigne lorsqu’elle se présente sous forme apoplectique. Sa forme chronique est liée à la présence d’un cortège de champignons pathogènes dans le tronc et les bras, qui vont provoquer le plus souvent des symptômes foliaires. L’altération de la photosynthèse que cela provoque, va avoir des conséquences sur la maturation du fruit. Cependant, peu de travaux de recherche ont été menés pour caractériser précisément l’impact de cette maladie sur le métabolisme et la composition chimique des baies de raisin. Notre étude avait pour but d’apprécier, grâce à une approche protéomique, les conséquences de cette maladie sur la qualité des raisins. Nos travaux ont permis de mettre en évidence que l’expression de symptômes foliaires d’Esca provoque une modification d’abondance des protéines liées aux mécanismes de défense et de stress oxydatif de la pellicule du raisin. Il est également observé un changement de capacité antioxydante par modulation des teneurs en peroxyde d’hydrogène, en glutathion ou en pyridoxine. Les concentrations en molécules d’intérêt œnologique comme les acides aminés, les amines biogènes ou les tannins sont également modifiées en présence de symptômes foliaires d’Esca. / The vine is susceptible to many fungal diseases that will affect the quality of grapes and wines. For several years, Esca has become the bane of modern viticulture because it is responsible for the death of the vines when presented in the form apoplectic. Its chronic form is associated with the presence of a procession of pathogenic fungi in the trunk and arms that will most often cause leaf symptoms. The alteration of photosynthesis that this causes will affect fruit ripening. However, little research has been conducted to characterize precisely the impact of this disease on the metabolism and chemical composition of grape berries. Our study aimed to assess, using a proteomic approach the disease's impact on the quality of grapes and get specific markers. Our work allowed us to demonstrate that the expression of foliar symptoms of Esca causes a change in abundance of proteins related to defense mechanisms and oxidative stress in the grape skin. It is also observed a change in antioxidant capacity by modulating levels of hydrogen peroxide, glutathione or pyridoxine. The concentrations of molecules of oenological interest such as amino acids, biogenic amines or tannins are also modified in the presence of foliar symptoms of Esca.

L’infection pulmonaire chronique à Pseudomonas aeruginosa (P. a.) est considérée comme la principalecause de morbidité et de mortalité liée à la mucoviscidose. Au cours de cette infection persistante, labactérie s'adapte à l’environnement pulmonaire caractéristique de ces patients et évolue avec son hôtependant des décennies. Cette évolution adaptative est portée par les phénotypes, avec notamment unediminution de la virulence et une augmentation de la résistance aux antibiotiques au cours du temps. Bienque plusieurs études aient tenté d’évaluer les mécanismes génétiques de cette évolution, il demeureaujourd’hui difficile d’expliquer les relations entre les mutations accumulées dans le génome bactérien etl’expression de phénotypes cliniquement pertinents, ou encore de corréler ces mutations avec l’état desanté du patient.Nous proposons dans ce travail d’étudier les mécanismes sous-tendant cette évolution adaptative à unniveau d’observation post-génomique : la métabolomique. Dernière-née des disciplines –omiques, lamétabolomique permet la prise de vue instantanée du métabolisme, et offre une vision au plus proche duphénotype. Pour cela, nous avons constitué une banque de lignées clonales évolutives de P. a. prélevéesau cours de l’infection pulmonaire chronique chez des patients atteints de mucoviscidose. Cette banque aensuite été caractérisée aux plans clinique, phénotypique et métabolomique. L’intégration de ces différentsniveaux d’information par des méthodes statistiques multi-tableaux nous a permis de mettre en évidencedes voies métaboliques impliquées dans la patho-adaptation de P. a. à son hôte.Nos résultats permettent de faire émerger de nouvelles hypothèses pour le développement d’outilsthérapeutiques et diagnostiques visant à améliorer la prise en charge de ces infections particulièrementrésistantes aux antibiotiques. De plus, nos travaux démontrent l’intérêt de la métabolomique pour l’étudede l’évolution adaptative bactérienne en conditions naturelles. / Chronic lung infection with Pseudomonas aeruginosa (P. a.) is considered as the leading cause of cysticfibrosis (CF) morbidity and mortality. During this persistent infection, the bacterium adapts to the typical lungenvironment of these patients and evolves within its host for decades. This adaptive evolution is driven byphenotypes, including a decrease in virulence and an increase in antibiotic resistance over time. Althoughseveral studies have attempted to elucidate the genetic mechanisms of this evolution, it remains difficulttoday to explain the relationships between the accumulated genomic mutations and the expression ofclinically relevant phenotypes, or to correlate these mutations with the patient’s health status.In this work, we propose to study the mechanisms underlying this adaptive evolution at a post-genomicobservation level: metabolomics. Metabolomics, the newest of the -omics disciplines, provides an instantview of the metabolic activities, and furnishes a vision as close as possible to the phenotype. To this end,we constructed a bank of evolutive clonal P. a. lineages sampled during chronic lung infection in patientswith CF. This bank was then clinically, phenotypically and metabolomically characterized. Integration ofthese different levels of information by multi-block statistical methods has allowed us to highlight metabolicpathways involved in within-host patho-adaptation of P. a. .Our results rise new hypotheses for the development of therapeutic and diagnostic tools with the aim ofimproving the management of these infections particularly resistant to antibiotics. In addition, our workdemonstrates the interest of metabolomics to study bacterial adaptive evolution under natural conditions.

L’identification des mutations constitutionnelles à l’origine d’une prédisposition génétique au cancer est essentielle à la prise en charge médicale des patients et de leurs familles. Depuis l’implémentation des technologies de séquençage à haut-débit dans les laboratoires diagnostiques, le principal défi n’est plus la détection des variations génétiques mais leur interprétation et leur classification. La question de l’interprétation de la variation est particulièrement cruciale lorsqu’elle conditionne la stratégie thérapeutique. Ainsi, il est essentiel de disposer de tests simples adaptables en routine diagnostique pour faciliter l’interprétation des variations génétiques. Dans ce contexte, nous avons utilisé un test fonctionnel développé par notre équipe pour classer des variations dans le gène TP53 à l’origine du syndrome de Li-Fraumeni et pour appréhender la corrélation génotype - phénotype chez les patients LFS. Dans un deuxième temps, nous avons évalué la pertinence d’une approche multi-omique (RNA-Seq et métabolomique) pour discriminer les cellules sauvages des cellules avec mutation hétérozygote du gène TP53 ou des gènes BRCA impliqués dans la prédisposition génétique aux cancers du sein et de l’ovaire. Sur la base des données de transcriptome, un modèle mathématique a été développé pour détecter les variants correspondant à des mutations délétères. Nous avons ensuite sélectionné les biomarqueurs les plus discriminants pour les intégrer dans un test fonctionnel de RT-MLPA dédié à la voie p53. Nous avons enfin adapté cet essai pour qu’il soit réalisable sur une simple prise de sang, sans immortalisation des lymphocytes du patient. / The identification of the constitutional mutation responsible for a genetic predisposition to cancer is essential to the clinical management of the patient and its relatives. With the implementation of high-throughput sequencing to the diagnostic routine of these pathologies, the challenge no longer lies within the detection of alterations but in their biological and clinical interpretation. While specific treatments are emerging, simple functional assays to help with the interpretation of the detected variants are needed. In this context, we used a functional test developed by our team to classify variations in the TP53 gene responsible for Li-Fraumeni syndrome and to understand the genotype-phenotype correlation in LFS patients. On the other hand, we assessed the relevance of a multi-omic approach (RNA-Seq and metabolomics) to discriminate wild-type cells from cells with a deleterious heterozygous mutation in TP53 or in the BRCA genes implicated in genetic predisposition to breast and ovarian cancers. Based on the transcriptomic data, a mathematical model has been developed to detect variants corresponding to deleterious mutations. Then we selected the most discriminating biomarkers and integrated them into a RT-MLPA functional assay dedicated to the p53 pathway. We finally adapted this test to be feasible on a simple blood test, without immortalization of the patient's lymphocytes.

La médecine de précision (MP) est un nouveau paradigme qui révolutionne la pratique médicale actuelle et remodèle complètement la médecine de demain. La MP aspire à placer le patient au centre du parcours de soins en y intégrant les données médicales et biologiques individuelles tout en tenant compte de la grande diversité interindividuelle. La prédiction des états pathologiques chez les patients nécessite une compréhension dynamique et systémique. Les erreurs innées du métabolisme (EIM) sont des troubles génétiques résultant de défauts dans une voie biochimique donnée en raison de la déficience d'une enzyme, de son cofacteur ou d’un transporteur. Les EIM ne sont plus considérées comme des maladies monogéniques mais tendent à être plus complexes et multifactorielles. Le profil métabolomique permet le dépistage d’une pathologie, la recherche de biomarqueurs et l’exploration des voies métaboliques mises en jeu. Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé l’approche métabolomique qui est particulièrement pertinente pour les EIM compte tenu de leur physiopathologie de base qui est étroitement liée au métabolisme. Ce travail a permis la mise en place d’une méthodologie métabolomique non ciblée basée sur une stratégie analytique multidimensionnelle comportant la spectrométrie de masse à haute résolution couplée à la chromatographie liquide ultra-haute performance et la mobilité ionique. La mise en place de la méthodologie de prétraitement, d’analyse et d’exploitation des données générées avec des outils de design expérimental et d’analyses multivariées ont été aussi établies. Enfin, cette approche a été appliquée pour l’exploration des EIM avec les mucopolysaccharidoses comme preuve de concept. Les résultats obtenus suggèrent un remodelage majeur du métabolisme des acides aminés dans la mucopolysaccharidose de type I. En résumé, la métabolomique pourrait être un outil complémentaire pertinent en appui à l’approche génomique dans l’exploration des EIM. / The new field of precision medicine is revolutionizing current medical practice and reshaping future medicine. Precision medicine intends to put the patient as the central driver of healthcare by broadening biological knowledge and acknowledging the great diversity of individuals. The prediction of physiological and pathological states in patients requires a dynamic and systemic understanding of these interactions. Inborn errors of metabolism (IEM) are genetic disorders resulting from defects in a given biochemical pathway due to the deficiency of an enzyme, its cofactor or a transporter. IEM are no longer considered to be monogenic diseases, which adds another layer of complexity to their characterization and diagnosis. To meet this need for faster screening, the metabolic profile can be a promising candidate given its ability in disease screening, biomarker discovery and metabolic pathway investigation. In this thesis, we used a metabolomic approach which is particularly relevant for IEM given their basic pathophysiology that is tightly related to metabolism. This thesis allowed the implementation of an untargeted metabolomic methodology based on a multidimensional analytical strategy including high-resolution mass spectrometry coupled with ultra-high-performance liquid chromatography and ion mobility. This work also set a methodology for preprocessing, analysis and interpretation of the generated data using experimental design and multivariate data analysis. Finally, the strategy is applied to the exploration of IEM with mucopolysaccharidoses as a proof of concept. The results suggest a major remodeling of the amino acid metabolisms in mucopolysaccharidosis type I. In summary, metabolomic is a relevant complementary tool to support the genomic approach in the functional investigations and diagnosis of IEM.

Cette thèse initie et développe un programme ayant pour but de définir une stratégie de priorisation efficace pour accélérer la découverte de molécules bioactives au sein d’extraits végétaux. Dans le cadre de ce projet, plusieurs criblages biologiques ont été menés sur une collection de 292 extraits d'Euphorbiaceae.Afin d’identifier et cibler au sein de ces mélanges complexes les structures d’intérêt biologique tout en écartant les molécules connues ou présentant un intérêt structural limité, les profils métabolomiques des extraits ont été acquis par spectrométrie de masse tandem. Pour exploiter au mieux la quantité d'information générée par ces analyses, les spectres MS2 ont ensuite été organisés sous forme de réseaux moléculaires. Ces réseaux permettent de lier les ions détectés en fonction de la similarité de leurs voies de fragmentation et donc de leur proximité structurale. Les informations taxonomiques et d’activités biologiques ont été croisées avec les données spectrales au sein de cette carte moléculaire multi-informative, offrant ainsi une approche nouvelle pour accélérer la découverte de nouveaux ligands des cibles biologiques étudiées et pour une sélection plus pertinente des extraits à forte diversité structurale.Si l’outil des réseaux moléculaires représente une méthode innovante et particulièrement instructive pour le phytochimiste, il présente cependant quelques défauts qui limitent son spectre d'utilisation et ses capacités en métabolomique. Une deuxième partie de cette thèse a donc été consacrée à l’implémentation d’une étape de prétraitement pour améliorer la fiabilité des réseaux et au développement de MetGem, un logiciel dédié à la génération de réseaux moléculaires permettant d’optimiser la gestion et l’analyse des matrices de scores de similarité spectrale. / This thesis initiates and develops a program seeking to accelerate the discovery of new therapeutic molecules using an efficient prioritization strategy. As part of this project, a collection of 292 Euphorbiaceae extracts was screened over several biological targets.To focus on unknown bioactive chemicals and to avoid the isolation of known or inactive molecules, the acquisition of high resolution tandem mass spectrometry profiles of these extracts was performed. To highlight relevant information within these data, MS2 spectra were organized as molecular networks. It consists in visualizing tandem mass spectrometry data by detecting related MS2 spectra and representing them in a same spectral space. Taxonomical details and bioassay screening results were merged with the network visualization to generate a comprehensive multi-informative molecular map, which offers a radically novel outlook to target novel bioactive scaffolds and select extracts with high structural diversity. Although very instructive for the phytochemist, the molecular networking tool has some imperfections that limit its potential in metabolomics. Therefore, the second part of this thesis was dedicated to the introduction of a data preprocessing step to enhance the networks reliability and to the development of MetGem, a software dedicated to the generation of molecular networks to improve the way matrices of similarity scores are managed and analyzed.

L’obésité et la résistance à l’insuline sont associées avec les troubles de l’humeur ainsi que des concentrations plasmatiques élevées en acides aminés ramifiés (BCAAs : isoleucine, leucine et valine) et en acides aminés aromatiques (AAAs : phénylalanine et tyrosine). Étant donné que les AAAs sont des précurseurs de neurotransmetteurs clés et que leur apport au cerveau est concurrentiel à celui des BCAAs en raison de leur transporteur commun, nous avons exploré la relation entre les biomarqueurs métabolomiques (BCAAs et AAAs) et les problèmes de comportement auprès de jeunes Inuit du Nunavik. L’analyse inclut 141 jeunes ayant participé au début du suivi (2005-2010) de la Nunavik Child Development Study et au suivi à l’adolescence (2013-2015). Les concentrations plasmatiques de BCAAs et AAAs ont été mesurées au début du suivi et catégorisées en tertiles du ratio des BCAAs sur les AAAs (BCAA/AAA). Les problèmes de comportement ont été évalués à l’adolescence à l’aide du Youth Self-Report (YSR) du Child Behavior Checklist (CBCL). La relation entre les tertiles de BCAA/AAA et les scores moyens des syndromes du YSR a été évaluée à l'aide de modèles linéaires généraux. Nous avons noté que les scores moyens des syndromes de problèmes internalisés (Ptendance = 0,05) et de plaintes somatiques (Ptendance = 0,01) tendent à augmenter avec l’élévation du ratio BCAA/AAA. Aucune relation statistiquement significative n’a été trouvée pour les scores de problèmes externalisés et d’attention. Nous avons observé que les scores de problèmes internalisés ainsi que les sous-scores de plaintes somatiques augmentent (Ptendance < 0,05) avec le ratio BCAA/AAA chez les jeunes de statut pondéral normal, mais non parmi ceux en surpoids ou en obésité. Nos résultats suggèrent qu’un ratio élevé de BCAA/AAA est associé aux problèmes de comportement chez les jeunes, essentiellement aux problèmes de type internalisés. / Obesity and insulin resistance are associated with mood disorders and elevated plasma concentrations of branched-chain amino acids (BCAAs: isoleucine, leucine and valine), and aromatic amino acids (AAAs: phenylalanine and tyrosine). Because AAAs are precursors of key neurotransmitters and their uptake into the brain is competitive with respect to the uptake of BCAAs via their transport through the same carrier, we explored the relationship between metabolomic biomarkers (BCAAs and AAAs) and behavioral problems among young Inuit from Nunavik. The current analysis includes 141 youth who participated in the Nunavik Child Development Study baseline (2005-2010) and adolescent follow-up (2013-2015). BCAA and AAA plasma concentrations were measured at baseline and categorised in tertiles of the ratio of BCAAs to AAAs (BCAA/AAA). Behavioral problems were assessed during adolescence with the Youth Self-Report (YSR) from the Child Behavior Checklist (CBCL). The relationship between tertiles of BCAA/AAA and mean scores of YSR syndromes was assessed with general linear models. We noted a trend toward a higher mean scores of internalizing problems (Ptrend=0.05) and somatic complaints (Ptrend=0.01) syndromes with higher BCAA/AAA ratio. No statistically-significant relationship was noted for externalizing and attention problems scores. We observed higher (Ptrend < 0.05) internalizing problems and somatic complaints syndrome scores with a higher ratio of BCAA/AAA among normal weight participants, but not among overweight or obese. Our results suggest that an elevated BCAA/AAA ratio is associated with behavioral problems among youth, mainly internalizing problems.

La souche arctique Mesorhizobium sp. N33 est une bactérie psychrotrophe reconnue comme l'un des rhizobiums fixateurs d'azote le mieux adapté au froid. Le profil transcriptomique et métabolomique de la souche arctique N33 a été déterminé en identifiant les patrons d'expression génétique et les changements des metabolites sous différents stress hypothermiques. Des études utilisant des macropuces et des micropuces d'ADN et la PCR quantitative en temps réel ont montré que différentes fonctions cellulaires sont significativement affectées à basse température. Les chaperonnes, les protéines de choc au froid, la transcription, la traduction, les fonctions membranaires, les métabolismes, les systèmes de transport des éléments nutritifs, la génération d'énergie, l'accumulation de cryoprotectants (polyamines et mannitol), la detoxification des espèces réactives à oxygène (ROS), l'activité xylukinase, des facteurs de transcription et des protéines ayant des fonctions inconnues sont significativement régulés à la hausse à basse température. Beaucoup moins de gènes sont régulés à la baisse à basse température et appartiennent à diverses classes dont le métabolisme général, la motilité cellulaire, les systèmes de transport et de sécrétion, qui indiquent dans leur ensemble une baisse du métabolisme et de la dépense énergétique à basse température. Des études métabolomiques, utilisant la Chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse et la résonance magnétique nucléaire, indiquent que la souche arctique N33 régule les niveaux de plusieurs composés. L'acide linoléique polyinsaturé (18:2(9, 12)) et l'acide gras polyinsaturé 18:2 (6, 9) sont les acides gras les plus abondants pour les conditions de cultures à basse température (4 et 10°C). L'acide gras phospho/neutre mono-insaturé 14:1(11) était le plus induit (45 fois plus élevé) lh de choc au froid. Cet acide gras rend la membrane cellulaire plus fluide, permet la detoxification des cellules des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et agit comme source d'énergie pour les cellules. L'isobutyrate était hautement (19.4 fois plus élevé) augmenté à 4°C ce qui suggère que ce composé agit comme précurseur de la modification des acides gras à basses temperatures. Les analyses des voies métaboliques des composées hydrosolubles indiquent la présence de niveaux élevés des metabolites sarcosine et glycine à faible température suggérant que ces composés agissent comme cryoprotectants, ce qui pourrait avoir un impact substantiel sur l'adaptation au froid. La souche N33 démontre plusieurs changements moléculaires reliés à sa capacité de tolérance au froid. Les résultats préliminaires sur le séquençage de la souche N33 et son assemblage en 46 segments (7.13Mbps) sont aussi rapportés dans cette thèse.

L’acidose lactique du Saguenay-Lac-St-Jean, ou syndrome de Leigh de forme canadienne-française (LSFC), est une maladie mitochondriale neurodégénérative causée par des mutations du gène LRPPRC et caractérisée par des crises d’acidose menant au décès en bas âge. On ne comprend pas encore les causes exactes de ces crises, et aucun traitement n’est actuellement disponible. L’objectif de cette étude a été de comparer le profil des métabolites sanguins et urinaires chez des sujets LSFC et des témoins, avant et après un repas, par une approche métabolomique ciblée. Le projet s’inscrit dans une démarche à long terme visant l’identification de biomarqueurs prédictifs des crises, permettant d'intervenir plus rapidement afin d’éviter le décès. Les échantillons biologiques ont été prélevés chez 9 sujets atteints du LSFC et 9 témoins appariés, à jeun et 90 minutes après un repas standardisé. Les analyses incluent un bilan biochimique et hormonal, un profil des acides aminés, des acides gras, des acides organiques et des acylcarnitines. Les métabolites significativement modifiés chez les patients peuvent être classés en deux catégories : (i) le reflet d’une dysfonction mitochondriale, et plus particulièrement de l’accumulation d’équivalents réduits en amont de la chaîne respiratoire, et (ii) des indices de risque cardiométabolique, qui s’observent davantage chez les patients adultes malgré leur jeune âge. Ainsi, il serait intéressant d’inclure au traitement des stratégies visant la diminution des facteurs de risque cardiométabolique, notamment par une modification des habitudes de vie. Notre étude démontre la pertinence d’avoir recours à la métabolomique dans l’étude des désordres de la phosphorylation oxydative. / L’acidose lactique du Saguenay-Lac-St-Jean, ou syndrome de Leigh de forme canadienne-française (LSFC), est une maladie mitochondriale neurodégénérative causée par des mutations du gène LRPPRC et caractérisée par des crises d’acidose menant au décès en bas âge. On ne comprend pas encore les causes exactes de ces crises, et aucun traitement n’est actuellement disponible. L’objectif de cette étude a été de comparer le profil des métabolites sanguins et urinaires chez des sujets LSFC et des témoins, avant et après un repas, par une approche métabolomique ciblée. Le projet s’inscrit dans une démarche à long terme visant l’identification de biomarqueurs prédictifs des crises, permettant d'intervenir plus rapidement afin d’éviter le décès. Les échantillons biologiques ont été prélevés chez 9 sujets atteints du LSFC et 9 témoins appariés, à jeun et 90 minutes après un repas standardisé. Les analyses incluent un bilan biochimique et hormonal, un profil des acides aminés, des acides gras, des acides organiques et des acylcarnitines. Les métabolites significativement modifiés chez les patients peuvent être classés en deux catégories : (i) le reflet d’une dysfonction mitochondriale, et plus particulièrement de l’accumulation d’équivalents réduits en amont de la chaîne respiratoire, et (ii) des indices de risque cardiométabolique, qui s’observent davantage chez les patients adultes malgré leur jeune âge. Ainsi, il serait intéressant d’inclure au traitement des stratégies visant la diminution des facteurs de risque cardiométabolique, notamment par une modification des habitudes de vie. Notre étude démontre la pertinence d’avoir recours à la métabolomique dans l’étude des désordres de la phosphorylation oxydative.

Le stress oxydant est un acteur clé dans les réponses des plantes à des conditions contraignantes. En raison de la complexité de la régulation de l’état redox cellulaire, il reste beaucoup à élucider concernant les interactions entre différentes composantes dans ces conditions. Grâce à une approche de génétique inverse basée sur un mutant d’Arabidopsis déficient en catalase (cat2) qui présente des modifications d’état redox prévisibles et bien définies, cette étude a exploré les interactions entre le stress oxydant et (1) un gène spécifique impliqué dans la déphosphorylation des protéines, (2) des enzymes spécifiques impliquées dans les systèmes antioxydants réducteurs. Les résultats obtenus révèlent que la sous-unité B'γ de la protéine phosphatase de type 2A (PP2A-B'γ) est importante dans la détermination des phénotypes et des réponses de défense photopériode-dépendantes chez cat2. En conditions de jours courts (SD), un double cat2 pp2a-b'γ mutant montrait une gamme de réponses qui n’étaient pas observées chez cat2. Ces effets comprenaient l’apparition de lésions ainsi que l’accumulation de l’acide salicylique et d’autres composés de défense. Des analyses métabolomiques et protéomiques ont permis de démontrer que ces effets étaient accompagnés de modifications de l’abondance de métabolites et protéines spécifiques, ainsi que des changements dans le statut de phosphorylation de certains polypeptides. Dans un deuxième volet du travail, l’importance d’une enzyme productrice du NADPH a été évaluée en produisant des doubles cat2 nadp-me2 mutants chez lesquels l’isoforme majeure de l’enzyme malique cytosolique n’est plus exprimée. Malgré une induction de cette enzyme par le stress oxydant aux niveaux de transcrits et d’activité, et une diminution importante de l’activité foliaire associée aux mutations nadp-me2, peu de différence a été observée entre les lignées cat2 et cat2 nadp-me2. De même, la mutation nadp-me2 n’a pas affecté la réponse phénotypique de plantes exposées à l’ozone. Dans la troisième partie du travail, le couplage entre les pools ascorbate et glutathion lors du stress oxydant a été exploré par l’introduction de mutations pour la déshydroascorbate réductase (DHAR) dans le fond génétique cat2. L’activité extractible de cette enzyme a été diminuée à des niveaux très faibles chez des lignées portant à la fois les mutations dhar1 et dhar3. Cependant, peu de différence a été observée dans les phénotypes et les statuts d’ascorbate et de glutathion chez un triple mutant cat2 dhar1 dhar3 par rapport à cat2. Des analyses préliminaires d’un quadruple cat2 dhar1 dhar2 dhar3 mutant semblent pourtant indiquer que les trois DHARs jouent des rôles fonctionnellement redondants dans le stress oxydant. Dans son ensemble, ces travaux apportent des données nouvelles sur les enzymes qui régulent les réponses aux stress oxydants et ont généré des outils intéressants pour des études ultérieures. / Oxidative stress is a key player in plant responses to challenging environmental conditions. The intricate nature of the regulation of cellular redox state means that much remains to be elucidated on interactions between different components in these conditions. By using a genetic approach based on a catalase-deficient Arabidopsis mutant (cat2) that presents well-defined, predictable changes in redox state, this study explored interactions between oxidative stress and (1) a specific gene involved in protein dephosphorylation, and (2) specific enzymes involved in the antioxidative/reducing system. The results showed that protein phosphatase 2 subunit B'γ (PP2A-B'γ) is involved in determining day length-dependent phenotypes and related defense responses in cat2. A cat2 pp2A-B'γ double mutant showed a range of responses that were not observed in cat2 grown in short days, including lesion formation and accumulation of salicylic acid (SA) and related metabolites. Metabolomics and proteomics analyses showed that these effects were associated with altered abundance of specific metabolites and proteins, as well as changes in protein phosphorylation status. A second part of the study investigated the importance of NADP-generating enzymes in oxidative stress by production of cat2 nadp-me2 double mutants, in which the cytosolic isoform of NADP-malic enzyme is knocked out. Although NADP-ME2 was shown to be induced by oxidative stress, and mutants for this gene had much decreased leaf NADP-malic enzyme activity, no effects on cat2 phenotypes or redox profiles were apparent. Similarly, phenotypic responses to ozone were not affected in an nadp-me2 single mutant. In the third part, coupling between ascorbate and glutathione pools during oxidative stress was investigated by introduction of loss of function mutations for dehydroascorbate reductase (DHAR) into the cat2 background. In lines carrying a combination of dhar1 and dhar3 mutations, extractable leaf activity was decreased to very low levels. Despite this, cat2 dhar1 dhar3 and cat2 phenotypes and ascorbate and glutathione pools were similar. However, preliminary functional analysis of a cat2 dhar1 dhar2 dhar3 quadruple mutant suggested that the three DHARs play functionally redundant roles in oxidative stress. Overall, the work provides new data on enzymes that regulate responses to oxidative stress and has produced interesting genetic tools for further study.