Les canaux ioniques sont des déterminants majeurs de la forme et de la durée du potentiel d'action (PA) cardiaque. Leur expression fonctionnelle à la membrane plasmique résulte d'une balance entre les voies antérograde et rétrograde du trafic intracellulaire, ainsi que de leur prise en charge par des compartiments endosomaux afin d'être recyclés ou dégradés. Le canal KV1.5 porte le courant principal de repolarisation atriale chez l'homme, IKur, et est impliqué dans la physiopathologie de la fibrillation atriale (FA). La FA est caractérisée par un raccourcissement de la durée du PA lié à un courant IKur augmenté et un courant ICaL diminué et est favorisée par l'augmentation des contraintes mécaniques. Ainsi, le canal KV1.5 constitue une cible majeure pour le développement d'anti-arythmiques spécifiques de l'oreillette. Ce projet avait pour but de mieux comprendre comment est régulée l'expression fonctionnelle des canaux KV1.5 dans les myocytes atriaux. Dans un premier temps, nous avons montré que le shear stress entraîne une augmentation du courant IKur impliquant la voie de mécanotransduction intégrine?1/FAK et l'endosome de recyclage lent. Dans les cellules hypertrophiées, cette voie de mécanotransduction est hyperactivée et le courant IKur est ainsi augmenté. Dans un second temps, nous avons montré que la voie d'endocytose des canaux KV1.5 est dépendante de la clathrine et que les microtubules sont principalement impliqués dans l'internalisation et la dynamique du canal à la surface des cellules. Ainsi, ce travail a permis de mieux caractériser les acteurs du trafic impliqués dans la régulation de l'expression fonctionnelle du canal KV1.5 dans les cardiomyocytes atriaux. / Ion channels are major determinants of shape and duration of the cardiac action potential (AP). Their functional expression at the sarcolemma is a dynamic process resulting from a balance between anterograde (exocytosis) and retrograde (endocytosis) pathways, and the involvement of the endosomal compartments which direct ion channels towards recycling or degradation. KV1.5 channel carries IKur current which constitutes the main atrial repolarizing current in human and which is involved in atrial fibrillation (AF). Mechanical forces and shortening of the AP duration are linked to an increased in IKur current and decreased ICaL current. Therefore, KV1.5 channel constitutes a major target for the development of atria-selective antiarrhythmic drugs. The aim on this project was to better understand how functional expression of KV1.5 channels in atrial myocytes is regulated. Firstly, we showed that shear stress triggers an increase in IKur current implying the integrinβ1/FAK mecanotransduction pathway. This process requires an intact microtubule network and involves the Rab11-associated recycling endosome. In hypertrophied cells, the mecanotransduction pathway is overactivated. Consequently, IKur is increased. Secondly, we demonstrated that KV1.5 channel endocytosis is mediated by the clathrin pathway. We showed that microtubules are involved in the internalization and dynamics of KV1.5 channel in the membrane. Therefore, this work provides a better understanding of the different players involved in the trafficking of KV1.5 channel and shed new lights on the functional regulation of this atria-specific channel.

La migration des cellules tumorales à travers la matrice extracellulaire dépend de l'activité d'une métalloprotéase matricielle, MT1-MMP, ancrée à la membrane plasmique. MT1-MMP accumule aux invadopodes, des protrusions membranaires à base d'actine responsables de la dégradation de la matrice. La petite protéine G ARF6 est impliquée dans la régulation du trafic membranaire et dans le remodelage du cytosquelette d'actine. Dans mon travail de thèse, j'ai montré qu'ARF6 et deux de ses protéines effectrices JIP3 et JIP4, sont nécessaires à l'exocytose de MT1-MMP au niveau des invadopodes et, par conséquent, à la capacité des cellules tumorales à remodeler la matrice extracellulaire et migrer à travers un environnement matriciel tridimensionnel. ARF6, à travers son interaction avec JIP3/4, contrôle négativement l'activité du complexe dynactine/dynéine, un moteur moléculaire qui se déplace en direction du bout (-) des microtubules, et donc la clairance des endosomes MT1-MMP à partir de la périphérie cellulaire. En plus dans des échantillons humaines ARF6 est accumulée au niveau de la membrane plasmique, avec MT1-MMP, dans un sous-groupe de carcinomes mammaires agressifs, en confirmant donc l'implication d'un axe ARF6-JIP3/JIP4-MT1-MMP dans le processus invasif du cancer du sein. Dans une deuxième étude, j'ai montré que l'hyperactivation d'ARF6 induit un réarrangement important du cytosquelette d'actine à la surface ventrale des cellules tumorales mammaires et contribue à l'activation et au ciblage de Rac1 au front cellulaire. Mon travail a permis d'identifier de nouveaux mécanismes moléculaires par lesquels ARF6 contribue au programme invasif des cellules tumorales mammaires. / The ability of cancer cells to traffic through the extracellular matrix relies on the action of the membrane-anchored matrix metalloprotease MT1-MMP. MT1-MMP is exocytosed to invadopodia, the actin-based membrane protrusions responsible for matrix degradation. The small GTP-binding protein ARF6 is known to coordinate post-endocytic recycling and actin cytoskeletal organization at the plasma membrane and was shown to be up-regulated in breast cancer cells. In my PhD work I showed that ARF6 and two of its effectors JIP3 and JIP4 are required for MT1-MMP endosomes intracellular positioning and exocytosis at invadopodia and consequently for tumor cells ability to remodel the matrix and invade through a three-dimensional matrix environment. ARF6, through the interaction with JIP3/4, negatively controls the activity of the minus-end-directed microtubule motor dynactin/dynein, thus negatively regulating the clearance and inward movement of MT1-MMP endosomes from the cell periphery. In human samples ARF6 is accumulated at the plasma membrane, together with MT1-MMP, in a subset of highly aggressive breast carcinomas, thus corroborating the ARF6-JIP3/JIP4-MT1-MMP axis in breast cancer invasion. In a second study I addressed the contribution of ARF6 activation on actin cytoskeleton remodeling in breast cancer cells. ARF6 links epidermal growth factor receptor signaling to Rac1 activation and targeting to the leading edge where it activates the SCAR/WAVE complex and regulates ventral actin polymerization during lamellipodia extension. Collectively my work identifies novel molecular mechanisms through which ARF6 contributes to the invasive program of breast tumor cells

Le couplage oxydant du méthane (OCM) permet la transformation directe du méthane en éthylène (C2). A ce jour, le procédé catalytique n'atteint pas les critères requis de sélectivité et de rendement. La présence d'oxygène gazeux à haute température (T>700°C) favorise l'oxydation totale. L'utilisation d'un réacteur à membrane (RM) dense, composé de matériaux conducteurs ioniques et électroniques limite la présence de O2(g) dans le compartiment de réaction améliorant ainsi la sélectivité en C2. Cette thèse a pour cadre le développement de membranes catalytiques ayant un flux d'oxygène assez élevé pour atteindre une conversion supérieure à 25% et dont le revêtement catalytique entraine une sélectivité en C2 à 80%. Une méthode innovante, basée sur une approche microcinétique, a été développée pour déterminer le flux d'oxygène à travers les membranes à partir de mesures sur les poudres correspondantes (échange isotopique et ATG). Les constantes d'adsorption et de diffusion obtenues sont ensuite intégrées dans une équation de flux simulant la semi-perméabilité. Cette méthodologie, validée sur trois matériaux : Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF), La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.δ et Ba0.95La0.05FeO3-δ, permettra d'accélérer la découverte de nouveaux matériaux conducteurs d'oxygène. Les tests d'OCM ont été réalisés sur une membrane BSCF modifiée en surface par une couche mince catalytique. Deux catalyseurs ont été sélectionnés : Mn/NaWO4 très sélectif et LaSr/CaO très actif. Le rendement en réacteur membranaire est limité à 6%. Une analyse critique a été réalisée afin de concevoir une géométrie de réacteur membranaire optimale pour cette réaction / The oxidative coupling of methane (OCM) allowed the direct transformation of methane into ethylene (C2). Until now, the catalytic process does not reach the required criteria of selectivity and yield. The presence of gaseous oxygen at high temperature (T>700°C) favors the total oxidation. The use of a dense membrane reaction (MR), made of mixed ionic and electronic materials, limits the gaseous oxygen in the reaction compartment and thus improve the C2 selectivity. The goal of this PhD is to develop catalytic membranes exhibiting a flux high enough to reach a conversion higher than 25% and of which the catalytic coating leads to a C2 selectivity of 80%. An innovative method, based on a microkinetic approach, has been developed to determine the oxygen flux across a membrane from measurements on corresponding powders (isotopic exchange and TGA). The adsorption and diffusion constants obtained are then introduced in the flux equation simulating the semi-permeability. The methodology, validated on three materials: Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF), La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.δ et Ba0.95La0.05FeO3-δ, will allow to accelerate the discovery of new oxygen conducting. The OCM tests have been achieved on BSCF membrane modified by a thin layer of catalyst. Two catalysts have been selected: Mn/NaWO4 highly selective and LaSr/CaO highly active. The yield in membrane reactor cannot overstep 6%. A critical analysis has been achieved in order to design an optimal membrane reactor geometry for this reaction

Les cellules des muscles striés squelettiques sont constituées d'éléments contractiles enveloppés par un réseau membranaire. La formation et l'entretien du muscle strié squelettique impliquent la migration des précurseurs myogéniques, la fusion des myoblastes en myotubes et la mise en place des triades. Ces évènements reposent sur le remodelage des membranes et du cytosquelette d'actine des cellules musculaires. Au cours de ma thèse, j’ai étudié le rôle de la protéine adaptatrice CKIP-1 (casein kinase 2 interacting protein-1) dans certaines étapes du développement du muscle strié squelettique. Après avoir identifié le complexe de nucléation de l’actine Arp (actin-related protein) 2/3 comme un nouvel interacteur de CKIP-1, nous avons montré que l’inhibition de l’expression de ckip-1 chez l’embryon de poisson zèbre altère la morphologie des myoblastes et empêche leur fusion du fait d’une désorganisation du cytosquelette d’actine. J’ai également montré que CKIP-1 n’est présente qu’au cours des étapes précoces de la myogenèse in vitro et in vivo chez la souris, puis elle est progressivement clivée. En outre, la modulation de l’expression de CKIP-1 provoque des défauts membranaires aussi bien in vitro qu’in vivo dans le muscle adulte de souris, suggérant que CKIP-1 est impliquée dans le remodelage des membranes. CKIP-1, par ses capacités à remodeler le cytosquelette d’actine et les membranes, pourrait intervenir dans plusieurs étapes de la vie du muscle : la migration, la fusion des myoblastes et la mise en place ou le maintien du réseau membranaire interne des cellules du muscle strié squelettique. / Skeletal muscle cells are composed of contractile elements wrapped in a membrane network. Formation and maintenance of skeletal muscle involve muscle precursor migration, fusion and triad formation. These events rely on actin cytoskeleton and membrane remodelling in muscle cells. The aim of my thesis work was to study the role of the scaffold protein CKIP-1 (casein kinase 2 interacting protein-1) at different steps of skeletal muscle development. We identified the actin nucleation complex Arp (actin-related protein) 2/3 as a CKIP-1 new interactor and showed that Ckip-1 depletion in zebrafish embryos alters fast twitch myoblast morphology and prevents their fusion due to actin cytoskeleton disorganization. I further showed that CKIP-1 is only present during early myogenesis in vitro and in vivo in mouse, and is then cleaved. Modulation of CKIP-1 expression induces membrane defects in vitro but also in vivo in adult mouse muscle, suggesting that CKIP-1 is involved in membrane remodelling. Through its abilities to remodel actin cytoskeleton and thus membranes, CKIP-1 could be implicated in various steps of muscle life: myoblast migration, fusion, and formation or maintenance of the intracellular membrane compartments of skeletal muscle cells.

Des mutations dans les gènes codant pour des myotubularines (MTM) sont responsables de maladies neuromusculaires telles que la XLCNM (MTM1) ou la CMT4 (MTMR2 & MTMR13). Les MTMs sont des phosphatases à phosphosinositides (PPIn), des messagers lipidiques essentiels pour la régulation spatio-temporelle de fonctions cellulaires vitales.La présence de 14 paralogues de MTMs chez l’Homme complique l’analyse de la fonction cellulaire d’un seul membre de la famille. La levure Saccharomyces cerevisiae, dont l’organisation cellulaire est comparable à une cellule humaine, ne compte en revanche qu’un seul homologue de MTM (YMR1), pour lequel nous disposons de mutants de délétion viables.L’expression de MTM1 sauvage ou mutants de patients dans la levure montre seules les myotubularines enzymatiquement actives induisent une morphologie anormale du compartiment lysosomal et un défaut du trafic membranaires endocytique.Nos résultats suggèrent que l’activité phosphatase de MTM1 ne serait pas à elle seule responsable de la XLCNM mais que d’autres mécanismes, tels que les interactions protéiques, pourraient prendre part au développement de la maladie. / Mutations in myotubularin (MTM) genes are responsible for neuromuscular diseases like the XLCNM (MTM1) or the CMT4B (MTMR2 & MTMR13). MTMs dephosphorylate phosphoinositides (PPIn), lipid messengers that play an essential role in the spatio-temporal regulation of critical cellular functions.The presence of 14 MTMs paralogues in Human hinders the analysis of the cellular function of a single MTM family member. The yeast Saccharomyces cerevisiae displays an intracellular organization that is similar to human cells and its genome encodes for only one myotubularin (YMR1) for which deletion mutants are available and viable.The expression of MTM1 either wild-type or mutants from patients, in yeast, shows that only phosphatase-active myotubularins induce an abnormal morphology of the lysosomal compartment and a defect in the endocytic membrane trafficking.Our results suggest that the catalytic activity of MTM1 isn’t single-handedly responsible for XLCNM but that other mecanisms, such as protein-protein interactions, could take part in the development of the disease.

Candida albicans est un pathogène fongique opportuniste de l’Homme, qui peut causer des infections superficielles mais aussi systémiques chez les patients immunodéprimés. Sa virulence est associée à sa capacité de changer d’une forme bourgeonnante à une forme hyphale. La petite GTPase de type Rho, Cdc42, est critique pour la croissance filamenteuse et, sous forme activée, sa localisation est restreinte à l’extrémité des hyphes. J’ai utilisé un système photoactivable, constitué des domaines d’Arabidopsis thaliana Cry2PHR-CibN, pour contrôler le recrutement de Cdc42 constitutivement actif à la membrane plasmique. J'ai déterminé comment le photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif perturbe la croissance filamenteuse et où, quand et comment une nouvelle croissance filamenteuse est ré-initiée. Mes résultats démontrent que, lors du photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif, l'extension du filament cesse puis un nouveau site de croissance s’établit dans la cellule. La localisation de ce nouveau site de croissance est corrélée à la longueur du filament. J'ai étudié les mécanismes moléculaires qui sous-tendent le désassemblage du site de croissance initial et l'emplacement spécifique du nouveau site de croissance filamenteuse. Dans les hyphes en croissance, un «cluster» de vésicules, appelé Spitzenkörper, est localisé à l'extrémité du filament. Lors du photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif, un nouveau «cluster» de vésicules, de composition similaire à celui du Spitzenkörper initial, apparaît dans la cellule mère. J'ai suivi la dynamique du Spitzenkörper et la localisation de Cdc42 sous forme activée, des sites d'endocytose, des vésicules de sécrétion et des câbles d’actine suite à la perturbation du site de croissance initial dans le filament. Dans l’ensemble, mes résultats indiquent qu'il existe une compétition pour la croissance entre le Spitzenkörper et le «cluster» de vésicules qui se forme immédiatement après le photo-recrutement de Cdc42 constitutivement actif et qu'un axe de polarité dynamique peut être établi en l'absence de croissance directionnelle. / Candida albicans is a fungal human pathogen that can cause life-threatening infections in immunocompromised patients, in part, due to its ability to switch between an oval budding form and a filamentous hyphal form. The small-Rho GTPase Cdc42 is crucial for filamentous growth and, in its active form, localizes as a tight cluster at the tips of growing hyphae. I have used a light-activated membrane recruitment system comprised of the Arabidopsis thaliana Cry2PHR-CibN domains to control the recruitment of constitutively active Cdc42 to the plasma membrane. I have determined how photorecruitment of constitutively active Cdc42 perturbs filamentous growth and where, when and how new filamentous growth is subsequently initiated. My results demonstrate that, upon photorecruitment of constitutively active Cdc42, filament extension is abrogated and a new growth site can be established in the cell. Location of a new filamentous growth site correlates with the length of the initial filament. I have investigated the molecular mechanisms that underlie the disassembly of an initial growth site and the specific location of the new filamentous growth site. In growing hyphae a cluster of vesicles, referred to as a Spitzenkörper, is localized at the tip of the filament. Upon photorecruitment of constitutively active Cdc42, a new cluster of vesicles, with a composition similar to that of the initial Spitzenkörper, appears in the mother cell. I have followed the dynamics of the Spitzenkörper, active Cdc42, sites of endocytosis, secretory vesicles and actin cables subsequent to disruption of the initial growth site in the filament. Taken together, my results suggest that there is competition for growth between the Spitzenkörper and the cluster of vesicles that forms immediately after the photorecruitment of constitutively active Cdc42 and that a dynamic polarity axis can be established in the absence of directional growth.

Les mécanismes moléculaires impliqués dans la fusion membranaire ont été amplement étudiés au cours des trente dernières années. Notre compréhension actuelle de ce phénomène est principalement basée sur des résultats obtenus par (1) le développement de modèles physiques décrivant la fusion des membranes biologiques, (2) l’étude mécanistique et structurale des protéines de fusion membranaire des virus à enveloppe et (3) l’étude des évènements de fusion intracellulaire médiés par les protéines SNARES dans les cellules eucaryotes. La découverte du complexe SNARE fut l’aboutissement de travaux interdisciplinaires qui ont exigés un large éventail de techniques tel que la génétique de la levure, l’électrophysiologie, la biologie moléculaire, la biochimie cellulaire, la biophysique expérimentale et l’imagerie. Tirant parti des paradigmes et techniques biophysiques qui ont émergés de ces études, nous avons examiné les fonctions et mécanismes de régulation des domaines « coiled-coil » dans les processus de fusion intracellulaire impliquant des protéines de la famille des Longin-SNAREs ou des Mitofusines, deux machineries protéiques de fusion dont le mode d’action exact reste encore peu clair. La conception exacte des mécanismes moléculaires de la fusion membranaire requiert la reconstitution in vitro des protéines de fusion dans un large spectre d’environnement membranaire avec des propriétés biophysiques définies et facilement modulables. Idéalement, ces systèmes membranaires devraient permettre à l’expérimentateur de contrôler la composition lipidique et protéique, ainsi que la topologie membranaire, afin de rendre compte de l’importante variabilité observée entre les différents compartiments de fusion cellulaire. La reconstitution dans des liposomes offre une incroyable flexibilité avec la possibilité de faire varier la plupart des paramètres clefs et de créer un environnement minimal dans lequel les facteurs solubles et/ou membranaires peuvent être ajoutés, seuls ou en combinaison, pour dévoiler leur rôle avec clarté. Nous avons mis au point des systèmes in vitro de reconstitution de protéines dans des plateformes membranaires artificielles pour nos deux systèmes d’études (les deux protéines Longin-SNAREs TI-VAMP et Sec 22b, ainsi que les domaines « coiled-coil » des Mitofusines) et nous avons réalisé des expériences biochimiques pour caractériser le mode d’action de ces protéines. L’objectif à long-terme de ce projet est de comparer les mécanismes moléculaires des machineries de fusion associés aux protéines SNAREs et Mitofusines, et ainsi de dévoiler des similitudes structurelles et fonctionnelles entre (1) leur protéines de fusion principales et (2) leur facteurs régulateurs. / The molecular mechanisms involved in membrane fusion have been extensively studied for the past thirty years. Our current understanding of this phenomenon is mainly based on results obtained by (i) the development of physical models describing the fusion of membranes, (ii) structural and mechanistic investigations on fusion proteins of enveloped viruses and (iii) studies of SNARE protein-mediated intracellular fusion events of eukaryotic cells. Discovery of the SNARE complex was the outcome of interdisciplinary works which involved a wide range of techniques including yeast genetics, electrophysiology, molecular biology, cell-free biochemistry, adhesion/fusion biophysics and imaging. Taking advantage of the paradigms and biophysical techniques that emerged from these studies, we investigated the function and regulation of coiled-coil domains in intracellular fusion processes involving Longin-SNAREs or Mitofusins, two fusion protein machineries whose exact mode of action still remains unclear. A comprehensive understanding of the molecular mechanisms of membrane fusion requires the in vitro reconstitution of fusion proteins into a wide variety of membrane environments with defined and tunable biophysical properties. Ideally, these membrane systems should allow the experimentalists to control the lipid and protein composition as well as the membrane topology, to account for the variability observed across cellular fusing compartments. Reconstitution into liposomes offers amazing flexibility with the capacity to vary most of these relevant parameters, and to create a minimal environment in which membrane and/or soluble factors can be added, one at a time or in combination, to reveal their role with clarity. We have set up the in vitro reconstitution of proteins into various artificial membrane platforms for both systems (the Longin-SNAREs TI-VAMP and Sec22b and the coiled-coil domains of Mitofusins) and performed biochemical assays to gain insight into how these proteins execute their functions. The long-term goal of this project is to compare the molecular mechanisms of SNARE and Mitofusin fusion machineries and thus reveal structural and functional similitudes between (i) their core fusion proteins, and (ii) their regulatory factors.

Les dystrophies musculaires sont un groupe de pathologies génétiques qui cause une faiblesse et une perte progressive des muscles squelettiques. Parmi elles, la dystrophie des ceintures de type 2B (LGMD2B) est caractérisée par des mutations dans le gène de la dysferline, entrainant de sévères dysfonctionnements, dont un défaut de réparation membranaire. Les ruptures de la membrane plasmique sont des évènements physiologiques induits par des contraintes mécaniques, comme lors de la contraction des fibres musculaires. Les cellules eucaryotes possèdent donc une machinerie protéique assurant une réparation rapide de larges ruptures membranaires. La liste exhaustive des composants de la machinerie de réparation et leur mode d’action reste à établir.Les annexines (Anx) sont de petites protéines solubles, au nombre de 12 chez les mammifères, qui partagent la propriété de lier les membranes exposant des phospholipides chargés négativement en présence de Ca2+. De nombreuses études ont montré l’implication de certaines Anx (AnxA1, A2, A4, A5, A6 et A7) dans la réparation membranaire de différents types cellulaires (muscle, cancer, endothélium…) et dans différentes espèces (souris, poisson-zèbre, homme…). La présence des Anx dans le muscle squelettique, et la participation de plusieurs membres de cette famille dans la réparation membranaire, soulèvent la question d’un rôle collectif de ces protéines dans la protection et la réparation des ruptures du sarcolemme.Les objectifs de ce travail ont été 1) d’identifier les Anx impliquées dans la réparation membranaire des cellules musculaires squelettiques humaines, 2) développer une stratégie de microscopie corrélative pour étudier le site de rupture et la distribution subcellulaire des Anx à haute résolution, 3) élucider la fonction des Anx dans le mécanisme de réparation, et 4) analyser les Anx dans des cellules musculaires dystrophiques. Avec des approches en biologie cellulaire et moléculaire, et en microscopie de fluorescence et électronique, nous avons donc étudié le comportement des Anx lors d’un dommage du sarcolemme.Nous avons ainsi montré que les AnxA1, A2, A4, A5 et A6 sont exprimées dans les myoblastes et les myotubes humains, et sont recrutées au site de rupture quelques secondes après le dommage, en formant une structure dense à l’extérieur du myotube endommagé appelé domaine « cap ». De plus, nous avons pu déterminer l’ordre relatif de recrutement des Anx au site membranaire endommagé. Les premières Anx à être recrutées sont l’AnxA1, suivies des AnxA6 et A5, les moins sensibles au Ca2+. Les dernières Anx recrutées sont les plus sensibles au Ca2+, les AnxA4 puis A2, qui semblent se lier à des vésicules intracellulaires initialement éloignées du site de rupture. Nous avons également étudié l’ultrastructure du site de rupture à haute résolution. Nos résultats ont révélé que le domaine « cap » correspondait à une accumulation de matériel membranaire qui est associé au Anx. En s’appuyant sur nos résultats et la littérature, nous avons proposé un modèle de réparation membranaire, impliquant les AnxA1, A2, A4, A5 et A6, dans les cellules musculaires squelettiques humaines. Nous nous sommes également intéressés à l’expression des Anx dans des lignées de cellules musculaires dystrophiques issues de patients atteints de dystrophies musculaires des ceintures de type 2B (déficients en dysferline) et 1C (déficients en cavéoline-3). Nous avons ainsi montré que le contexte pathologique perturbait l’expression de certaines Anx, sans en modifier leur localisation subcellulaire.En conclusion, ce travail de thèse montre que plusieurs membres de la famille des Anx sont impliqués dans la réparation membranaire, et agissent de concert pour réparer un dommage de la membrane plasmique. L’implication des Anx dans d’autres pathologies, comme le cancer et la pré-éclampsie, renforce l’intérêt de leur étude dans les processus de réparation membranaire et en font une cible thérapeutique potentielle. / Muscular dystrophy encompasses a group of genetic disorders which cause progressive weakness and wasting of skeletal muscle. Among them, limb girdle muscular dystrophy type 2B (LGMD2B) is characterized by mutations in the dysferlin gene leading to several dysfunctions including a failure in cell membrane repair process. Cell membrane disruption is a physiological phenomenon induced by mechanical stress, such as contraction of muscle fibers. Thus, eukaryotic cells have a repair protein machinery ensuring a rapid resealing of large cell membrane ruptures. The exhaustive list of components of the repair machinery and their interplay remain to be established.The annexin (Anx) family consists of twelve soluble proteins in mammals and share the property of binding to membranes exposing negatively charged phospholipids in a Ca2+-dependent manner. Several studies have shown the involvement of Anx (AnxA1, A2, A4, A5, A6 and A7) in membrane repair of different cell types (muscle, cancer, endothelium…) in different species (mouse, zebrafish, human…). The presence of different Anx in skeletal muscle, together with the participation of several members of the Anx family in membrane repair processes, raise the question of a collective role of these proteins in the protection and repair of sarcolemma injuries.The PhD project aimed 1) at identifying Anx that are essential for membrane repair in human skeletal muscle cells, 2) developing a correlative light and electron microscopy to study the wounded site and the Anx distribution at high resolution, 3) elucidating the function of each Anx in this process and 4) analyzing Anx in dystrophic muscle cells. Using approaches including cellular and molecular biology, fluorescence microscopy and transmission electron microscopy, we studied the behavior of Anx during sarcolemma damage.We showed that AnxA1, A2, A4, A5 and A6 are expressed in human myoblasts and myotubes, and are recruited at the disruption site within seconds after the sarcolemmal damage, forming a dense structure outside the cell, named the “cap” domain. Furthermore, we determined the relative order of Anx recruitment at the disruption site. The first Anx recruited are AnxA1, followed by AnxA6 and A5, the less sensitive to Ca2+. The last Anx recruited are the most sensitive to Ca2+, AnxA4 and A2. AnxA2 and A4 are instead rapidly recruited to intracellular vesicles present deeper in the cytosol. We also studied the ultrastructure of the disruption site at high resolution. Our results revealed that the “cap” domain correspond to a disorganized membrane structure, associated with the Anx. Thanks to our results and the literature, we have proposed a model for membrane repair involving Anx in human skeletal muscle cells. We also looked at the expression of Anx in dystrophic muscle cell lines from patients with limb girdle muscular dystrophy type 2B (dysferline deficient) and 1C (deficient in cadaveoline-3). We have thus shown that the pathological context disrupts the expression of some Anx, without altering their subcellular location.In conclusion, this work shows that several members of the Anx family are involved in membrane repair and act together to repair plasma membrane damage. The implication of Anx in other pathologies, such as preeclampsia or cancer, reinforces the interest of their study in the process of membrane repair.

Les ATPases-P4 sont des transporteurs membranaires couplant l'hydrolyse de l'ATP au transport de lipides dans les membranes cellulaires eucaryotes. Avec leurs partenaires, les protéines CDC50, les ATPases-P4 transportent les phospholipides, en particulier la phosphatidylsérine (PS) et la phosphatidyléthanolamine (PE), du feuillet exoplasmique au feuillet cytosolique des membranes, assurant ainsi le maintien de l'asymétrie membranaire.Drs2p est l'une des cinq ATPases-P4 de la levure Saccharomyces cerevisiae. Elle est localisée dans les membranes du trans-Golgi (TGN), et elle a comme partenaire la protéine Cdc50p, qui est nécessaire à l'adressage correct et probablement au transport catalysé par Drs2p. Drs2p est principalement responsable du transport de la phosphatidylsérine (PS) dans les membranes du TGN et son activité est essentielle pour le maintien de la PS dans le feuillet cytosolique de ces membranes. En raison du rôle crucial de la PS dans de nombreuses voies de signalisation, aussi bien à l’extérieur (au cours de l’apoptose par exemple) qu’à l’intérieur de la cellule (par le recrutement de protéines impliquées dans des processus cellulaires essentiels), il est important de comprendre le mécanisme par lequel l’asymétrie de la PS est établie.Afin de progresser dans la compréhension du mécanisme moléculaire du transport de lipides, nous avons mis au point une procédure qui nous a permis de co-exprimer Drs2p et Cdc50p dans Saccharomyces cerevisiae. La purification de Drs2p par chromatographie d'affinité sur résine streptavidine a permis d'obtenir une fraction purifiée contenant très majoritairement Drs2p et Cdc50p, à raison de 1-2 mg/L de culture. Les deux protéines sont sous forme de complexe avec une stœchiométrie d'association de 1:1. Le complexe purifié est fonctionnel, et présente une activité d’hydrolyse de l’ATP stimulée par son substrat, la PS. Cette stimulation n’est cependant possible qu’en présence de PI4P, un phosphoinositide impliqué dans la régulation du trafic membranaire.De par leur rôle crucial dans le maintien de l'asymétrie membranaire, les ATPases-P4 ne peuvent qu'être régulées. Comme de nombreuses ATPases de type P sont soumises à une auto-régulation de leur activité, nous avons examiné la possibilité d’une telle auto-régulation dans le cas des ATPases P4. Pour ce faire, une approche par mutagenèse dirigée et protéolyse ménagée associée à l’identification par spectrométrie de masse des peptides ont été effectuées. La protéolyse ménagée du complexe purifié Drs2p/Cdc50p montre une activité ATPasique dépendante au PI4P de 30-50 fois plus importante. La protéolyse par la thrombine engendre un Drs2p dépourvu d'une partie N-terminale (R104) et d'une partie C-terminale (R1290) qui reste toujours associé à Cdc50p. Ce résultat montre qu'une coupure appropriée au niveau des extrémités terminales de Drs2p peut augmenter de façon significative, en présence du PI4P, l'activité ATPasique du complexe, nous amenant ainsi à identifier un rôle auto-inhibiteur des extrémités N- et/ou C-terminales de Drs2p.Ce travail ouvre des perspectives quant à la caractérisation structurale et fonctionnelle du mécanisme de transport de lipides par le complexe. Par ailleurs, il laisse entrevoir la possibilité d’étudier les bases moléculaires des pathologies associées aux mutations de certaines ATPases P4 humaines. / Maintenance of phospholipid asymmetry in eukaryotic cell membranes is essential for cellular integrity and function. P4-ATPases, from the P-type ATPases family, are energy-dependent transporters, together with their CDC50 accessory subunits couple ATP hydrolysis to lipid transport from the exoplasmic to cytoplasmic leaflet to maintain membrane asymmetry.Drs2p is one of these P4-ATPases in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Drs2p is localised in trans-Golgi (TGN) membranes in association with its binding partner Cdc50p, which contributes to the correct addressing of Drs2p and probably in the catalyzed transport by Drs2p. Drs2p transport principally phosphatidylserine (PS) in TGN membranes. The PS is important for a several signalling pathways, for example, in apoptosis and recruitment of the proteins implied in various essential cellular process, so, it's very important to understand the mechanism that establishes this asymmetry.To gain in comprehension of molecular mechanism of lipid transport, robust protocols for expression and purification are required. In this work, we present a procedure for high-yield co-expression of Drs2p and Cdc50p. The purification of Drs2p and Cdc50p is achieved in a single step by affinity chromatography on streptavidin beads, yielding, 1-2 mg purified Drs2p/Cdc50p per liter of culture. This procedure allows purification of the complex Drs2p/Cdc50p with stoichiometry to 1:1. Our complex is functional, overal ATP hydrolysis by the complex is dependent of PS, favourite substrate of Drs2p. This hydrolyze is critically dependent on the presence of PI4P, a phosphoinositide involved in regulation of membrane trafficking.Like many P-type ATPases auto-regulate their activity, we examined the possibility that P4-ATPases are auto-regulated. In this work, we use directed mutagenesis and limited proteolysis associated with mass spectrometry for identify peptides. We show that limited proteolysis of a purified complex Drs2p/Cdc50p resulted in up to a 30-50 fold increase of it ATPase activity, which however remained dependent on PI4P. Using thrombin as the protease, Cdc50p remained intact and in complex with Drs2p, which was cleaved at two positions, namely after R104 and after R1290. Our results therefore reveal that trimming off appropriate regions of the terminal extensions of Drs2p can increase its ATPase activity in the presence of PI4P by an enormous factor, thereby identifying a role of N and/or C-terminal extensions in auto-inhibition of Drs2p.Our results open perspectives on the structural and the functional characterization of the lipid transport mechanism by the complex Drs2p/Cdc50p. Furthermore, our procedures open up the possibility of studying the molecular bases of the pathologies associated with the mutations of human P4-ATPases.

Les résidus forestiers et agricoles, également appelés résidus lignocellulosiques, constituent de par leur quantité et leur structure un potentiel unique pour la production d’énergie et de molécules d’origine renouvelable, afin de pallier à la raréfaction des hydrocarbures fossiles ainsi qu’aux problèmes environnementaux liés à l’utilisation de ceux-ci. Les biomasses lignocellulosiques sont constituées principalement de cellulose, hémicelluloses et lignines. Le fractionnement et la purification de ces trois constituants est nécessaire à leur valorisation comme produits de substitution des hydrocarbures fossiles. Cette étude s’est tout d’abord attachée à la description et la compréhension des fractionnements chimiques acides et alcalins de la lignocellulose et aux voies de purification qui leur sont actuellement associées. Les travaux expérimentaux ont été réalisés à partir de deux matières premières : la bagasse de canne à sucre et le tourteau de tournesol. Une caractérisation fine de ces matières premières ainsi que des extraits acides et alcalins obtenus à partir de ces matières a été réalisée. Les étapes de purification se sont focalisées sur l’extrait alcalin de bagasse obtenu en conditions douces. En effet, la bagasse de canne à sucre peut être considérée comme un bon modèle de biomasse lignocellulosique, et la purification d’extraits alcalins lignocellulosiques obtenus en conditions douces a été peu étudiée malgré l’intérêt de ce procédé de fractionnement. La filtration membranaire et la chromatographie d'élution sur résine échangeuse de cation ont été évaluées séparément puis en association, afin de séparer les cinq grandes familles de molécules constitutives de l’extrait : des oligomères de lignines, des oligomères de sucres, des monomères phénoliques, de l’acide acétique et des sels inorganiques. Des essais d’ultrafiltration sur plusieurs membranes en faisant varier divers paramètres de filtration ont permis de déterminer que les oligomères de lignine et de sucres, récupérés dans le rétentat, sont séparés des monomères phénoliques, de l’acide acétique et des sels inorganiques, récupérés dans le perméat. Une membrane en fibres creuses de 10 kDa en polysulfone a présenté les meilleures performances de séparation et a été retenue pour les essais suivant en mode concentration et diafiltration. Des essais de chromatographie d'élution avec de l’eau pour éluant en testant plusieurs résines cationiques fortement acides ont montré qu’une fraction très pure d’oligomères de lignines et de sucres peut être obtenue avec une résine de type macroporeuse, alors qu’une résine de type gel a permis la séparation de monomères phénoliques entre eux en fonction de la présence ou non dans leur structure d’une fonction carboxyle. A partir d’extrait alcalin de bagasse, un procédé intégré de purification a été développé combinant de la filtration membranaire puis de la chromatographie sur le perméat et de la précipitation par ajout d’acide sur le rétentat. Il en a résulté l'obtention de quatre fractions purifiées : les monomères phénoliques avec fonction carboxyle, les sels inorganiques et les monomères phénoliques sans fonction carboxyle, les oligomères de lignine, et les oligomères de sucres. / Agricultural and forestry residues, also known as lignocellulosic residues, have a unique potential based on their quantity and structure for the production of renewable energy and molecules, inorder to solve the issues raised by the increasing scarcity of fossil hydrocarbons and the environmental disorder caused by their use. Lignocellulosic biomasses are essentially made ofcellulose, hemicelluloses and lignin. Fractionation and purification of these three compounds are necessary for their valorization as substitutes of fossil hydrocarbons. In the first place, this studydescribed the chemical fractionation of lignocellulose under acidic and alkaline conditions, and their related purification pathways. The experimental work was carried out on two raw materials:sugarcane bagasse and sunflower oil cake. A thorough characterization of the raw materials as well as the acid and alkaline extracts produced from these materials was performed. The purification steps focused on the sugarcane bagasse mild alkaline extract. Indeed, sugarcane bagasse can be considered a model lignocellulosic biomass and the purification of lignocellulosicmild alkaline extract has not been widely studied despite the numerous assets of this fractionation process. Membrane filtration and elution chromatography on strong acid cationic exchange resins were assessed individually then combined, for the separation of the five main pools of molecules that constitute the extract: lignin oligomers, sugar oligomers, phenolic monomers, acetic acid and inorganic salts. Ultrafiltration trials run on several membranes under various filtration conditions showed that lignin and sugar oligomers, recovered in the retentate, were separated from phenolicmonomers, acetic acid and inorganic salts, recovered in the permeate. A hollow fiber membrane of 10 kDa in polysulfone exhibited the best separation performance and was selected for further trials in concentration and diafiltration modes. Elution chromatography tests using water as eluent and various strong acid cationic exchange resins resulted in the production of a very pure lignin andsugar oligomers fraction with a macroporous-type resin, whereas a gel-type resin led to the separation of phenolic monomers from each other depending on the presence or absence in their structure of a carboxyl group. From a sugarcane bagasse mild alkaline extract, an integrated purification process was developed combining membrane filtration then chromatography on the permeate and precipitation by acid addition on the retentate. It resulted in the production of four purified fractions: phenolic monomers with a carboxyl group, inorganic salts and phenolicmonomers without carboxyl group, lignin oligomers, and sugar oligomers