La transformation naturelle bactérienne permet aux micro-organismes d'échanger des informations génétiques pour promouvoir leurs réponses adaptatives pour faire face aux changements environnementaux. De l'ADN extracellulaire est incorporé et recombiné au génome de l'hôte. Ce processus augmente la plasticité des bactéries. Chez S. pneumoniae, un pathogène majeur chez l'Homme engendrant des infections pouvant être mortelles, la transformation bactérienne accentue la transmission de gènes de résistance aux antibiotiques. Chez les bactéries à Gram positif, l'opéron comF encode l'expression de deux protéines. L'une est démontrée comme étant essentielle à la transformation, est décrite pour être membranaire. La seconde n'a pas été étudiée. Cependant ces protéines n'ont pas été étudiées d'un point de vue structural ou fonctionnel. Des mutagenèse et le double hybride bactérien ont permis de mettre en évidence que ses protéines sont indispensables pour l'expression de la compétence et interagissent avec de nombreuses protéines du transformasome. De plus, l'expression des deux protéines de manière hétérologue prouve qu'elles sont solubles et forment des oligomères. L'analyse structurale de ComFA, atteste de la conformation atypique de cette helicase trimerique et hexamerique. En outre, l'activité ATPasique simple brin DNA-dépendant de cette protéine est démontrée. Finalement un complexe protéique a été révélé entre ComFA et ComFC dont l'étude microscopique à hautes résolutions prouve l'apparition d'un anneau via l'assemblage de deux hexamères. Ces résultats suggèrent que ComFA est le moteur tirant l'ADN dans la cellule. Quant à ComFC, elle semble aider à la stabilisation de ComFA. / Bacterial natural transformation allows microorganisms to exchange genetic information to promote their adaptive responses to cope with environmental changes. The extracellular DNA is incorporated and recombined with the genome of the host. This phenomenon increases the plasticity of Gram positive and negative bacteria. S. pneumoniae is a major pathogen for humans, which is causing infections that can be deadly. In this specie, bacterial transformation increases the transmission of antibiotic resistance.In Gram-positive bacteria, comF operon encodes the expression of two proteins. One of them, shown to be essential for natural transformation, is expected to be a membrane protein. The second is not described. However, up to now neither protein has been studied from a structural or functional point of view. Mutagenesis technique and double hybrid bacterial assay allowed to show that both proteins are essential for the expression of the competence and interact with many proteins of the transformasome. In addition, heterologous expresion of both proteins have shown their solubility and the formation of oligomers. Structural analysis of ComFA demonstrates the unique conformation of this hexameric and trimeric helicase. Furthermore, the ATPase single stranded DNA-dependent activity of this protein could be detected. Finally, a protein complex is formed between ComFA and ComF, and high-resolution microscopic study proves the occurrence of a ring via a two-hexamers. These results suggest that ComFA is the engine pulling the DNA in the cell. As for ComFC, this protein seems to help stabilizing of ComFA.

L'épuration mucociliaire est la première ligne de défense de l'appareil respiratoire. L'altération de l'épuration mucociliaire se traduit par une stagnation et/ou une accumulation de mucus, conduisant potentiellement à des obstructions plus ou moins partielles et à des infections chroniques des voies aériennes. On compte deux grands types d'altération de l'épuration mucociliaire. Le premier est lié aux caractéristiques du mucus, comme dans le cas de la mucoviscidose. Le deuxième est lié à des anomalies de l'ultrastructure du cil et /ou de son battement regroupées sous le terme de "ciliopathies"qui peuvent être soit innées soit acquises.Ce travail, qui s'inscrit dans le cadre clinique de la problématique des ciliopathies respiratoires et de leur prise en charge, a pour objectif de mieux caractériser, à partir des outils de la Biomécanique, les mécanismes du battement ciliaire (incluant une mesure de l'efficacité globale du battement des cils) et à transférer ces connaissances au profit de la clinique.Pour cela une méthodologie de caractérisation systématique de la mécanique ciliaire à partir de prélèvements biologiques issus de patients observés par vidéo-microscopie à haute vitesse a été développée parallèlement au développement d'un modèle numérique intégrant le couplage entre battement ciliaire et transport de fluide. Cette association entre expériences et modèle numérique a permis de proposer un nouvel index utilisable par les cliniciens pour caractériser l'efficacité du battement ciliaire. Cet index présente l'avantage de ne pas exiger de modification de la pratique clinique concernant la collecte de données biologiques / Mucociliary clearance is the first line of defense of the respiratory tract. Alteration of this clearance leads to a stagnation and/or accumulation of mucus, potentially resulting in more or less partially obstructions and in chronic infections of the airways. There are two main types of mucociliary clearance alterations. The first one is linked to the mucus characteristics, as in cystic fibrosis. The second one is connected to cilium ultrastructure abnormalities and/or ciliary beating defects encompassed by the term of "ciliopathies" which may be primary or acquired.This work, which takes place in the clinical issue of respiratory ciliopathies and their care, aims to better characterize, through biomechanics tools, the mechanisms of ciliary beating (including a measurement of the global efficiency of cilia) and to transfer these knowledges in favor of the clinical management.A methodology of systematic characterization of the ciliary mechanics, from biological samples derived from patients observed through high-speed video-microscopy analysis, has been developed as the same time as the development of a numerical model incorporating the coupling between ciliary beating and fluid motion. This association between experiments and numerical model allowed to propose a new index usable by the clinicians to characterize the ciliary beating efficiency. This index has the advantage of not requiring a modification of the clinical practice of biological data collection

A la fin de la vie d’une cellule, différentes forces mécaniques permettent la séparation des chromosomes. Nos données préliminaires suggèrent l’existence d’un autre mécanisme provenant du centre du fuseau mitotique, non décrit dans l’embryon une cellule de C. elegans qui permettrait la séparation des chromosomes. Dans cette cellule, les microtubules kinétochoriens n’appliquent aucune force mécaniques sur les chromosomes durant l’anaphase. Il a été décrit que les chromosomes sont séparés grâce au déplacement des centrosomes via les forces de traction corticales. A l’aide de la microchirurgie laser dans les embryons une cellule de C. elegans, j’ai montré qu’en détruisant physiquement un ou deux centrosomes, les chromosomes continuent de se séparer, révélant l’existence d’une force de propulsion interne au fuseau mitotique (Nahaboo et al., 2015). En combinant la destruction de centrosomes et l’inactivation génétique, nous avons caractérisé les rôles de gènes favorisant ou freinant cette force de propulsion. J’ai observé que la kinésine-5, BMK-1, et le crosslinker MAP-65/SPD-1 freinent cette force de propulsion. Alors que dans d’autres espèces ces protéines favorisent la séparation des chromosomes. Nous avons remarqué que les protéines RanGTP et CLASP, favorisant de la nucléation et la polymérisation des microtubules, aident cette force de propulsion. Ces propriétés suggèrent que la polymérisation des microtubules au centre du fuseau est requise pour permettre la séparation des chromosomes durant la mitose.Par manque d’outils adéquats afin d’altérer la dynamique des microtubules, nous avons collaboré avec l’équipe de biochimistes du Dr. D. Trauner à Munich en Allemagne. Ils ont synthétisé la molécule photoactivable, Photostatin (PST), permettant la dépolymérisation des microtubules en quelques secondes (Borowiak et al., 2015). Entre 390 - 430 nm, PST est activé, dépolymérisant les microtubules, alors qu’entre 500 – 530 nm, PST est inactivé, permettant la polymérisation normale des microtubules. J’ai mesuré que la croissance des microtubules avec PST actif est absente dans des cellules Hela. J’ai montré que le cycle cellulaire dans l’embryon de C. elegans est arrêté localement en présence de PST actif. Nous avons alors montré que PST contrôle optiquement la dynamique des microtubules, in vitro, in cellulo et in vivo, de manière non invasive, rapide, locale et réversible. En résume, j’ai identifié une nouvelle force permettant la séparation des chromosomes à l’aide des approches moléculaires et biophysiques, et j’ai aidé à la caractérisation PST, un antimicrotubule photoactivable de manière locale et réversible. / In mitosis, different mechanical forces are involved in chromosome segregation. In C. elegans one-cell embryos, preliminary data suggest that an unknown mechanism, coming from inside the mitotic spindle, could influence chromosome separation. In those cells, it has been showed that kinetochore microtubule activity is absent. Thanks to external pulling forces, centrosome separation drives chromosome segregation. By using microsurgery inside the one-cell C. elegans embryos, we have shown that destroying one or two centrosomes did not prevent chromosome separation, revealing the existence of an outward pushing force (Nahaboo et al., 2015). By combining gene inactivation and centrosome destruction, we showed that the kinesin-5 and the crosslinker SPD-1 act as a brake on this pushing force, whereas they enhance chromosome segregation in other species. Moreover, we identified a novel role for the two microtubule-growth and nucleation agents, RanGTP and CLASP, in the establishment of the centrosome-independent force during anaphase. Their involvement raises the interesting possibility that microtubule polymerization of midzone microtubules is required to sustain chromosome segregation during mitosis. Then, we aim to reversibility affect microtubule dynamics in the central spindle. Because of the lack of adequate tools, we have collaborated with biochemists from Dr. D. Trauner lab, in Munich, Germany, who are specialized in photoactivable drugs. They have synthetized a photoswitable drug, Photostatin (PST), which can depolymerize microtubules in few seconds in an on/off manner (Borowiak et al., 2015). Under blue light (390 - 430 nm), PST is activated leading to microtubule depolymerization, whereas under green light (500 - 530 nm), PST is activated which does not affect microtubule dynamics. I measured that microtubule growing is absent in presence of activated PST in Hela cells. I also showed that cell cycle can be stopped thank to activated PST in multiple cell C. elegans embryos. We have shown that PST can control microtubule dynamics thanks to visible light in vitro, in cellulo and in vivo, as an on/off switch, in a non-invasive, local and reversible manner.

La compréhension fondamentale de fonctions biologiques est accordée par l’imagerie de molécules uniques dans les cellules vivantes. Cet environnement nanoscopique est compliqué et largement mal compris. La microscopie de localisation permet cet environnement d’être sondé avec le suivi de molécules uniques. Depuis longtemps, l’obstacle principal qui empêcher la compréhension de processus physiques à cette échelle était la pénurie d’information accessible; de fortes hypothèses ne peuvent pas être établies à partir de quelques dizaines de trajectoires de molécules uniques. L’introduction des techniques de suivi de molécules à haute densité a recadré les possibilités. Dans cette thèse, les outils d’inférence Bayesienne ont été développé pour élucider le comportement de molécules uniques à partir la cartographie de leurs paramètres physiques de mouvement. Ces cartes décrivent, entre autre, les hétérogénéités aux échelles locales mais aussi à l’échelle de la cellule entière. Notamment elles dévoilent les détails quantitatifs sur les processus cellulaires de base. En utilisant cette approche cartographique, les interactions entre récepteurs et protéines d’échafaudage chez les neurones et les cellules non-neuronales sont étudiés. Une étude sur les interactions imprimées dans la cellule est également effectuée grace à un système prometteur d’impression de protéine. Les différents types d’interactions entre constructions chimériques du récepteur de glycine et de protéines d’échafaudage de géphyrine sont décrits et distingué in situ. Enfin, les perspectives vis-à-vis l’obtention de cartes tridimensionnelles de dynamiques de molécules uniques sont également commentées. / Imaging of single molecules inside living cells confers insight to biological function at its most granular level. Single molecules experience a nanoscopic environment that is complicated, and in general, poorly understood. The modality of choice for probing this environment is live-cell localisation microscopy, where trajectories of single molecules can be captured. For many years, the great stumbling block in comprehension of physical processes at this scale was the lack of information accessible; statistical significance and robust assertions are hardly possible from a few dozen trajectories. It is the onset of high-density single-particle tracking that has dramatically reframed the possibilities of such studies. Importantly, the consequential amounts of data it provides invites the use of powerful statistical tools that assign probabilistic descriptions to experimental observations. In this thesis, Bayesian inference tools have been developed to elucidate the behaviour of single molecules via the mapping of motion parameters. As a readout, maps describe heterogeneities at local and whole-cell scales. Importantly, they grant quantitative details into basic cellular processes. This thesis uses the mapping approach to study receptor-scaffold interactions inside neurons and non-neuronal cells. A promising system in which interactions are patterned is also examined. It is shown that interactions of different types of chimeric glycine receptors to the gephyrin scaffold protein may be described and distinguished in situ. Finally, the prospects of whole-cell mapping in three-dimensions are evaluated based on a discussion of state-of-the-art volumetric microscopy techniques.

Au cours de mon travail de thèse, j’ai étudié la structure des deux complexes de protéines, le complexe FANCD2/FANCI et la Phosphorylase kinase (PhK). Les deux complexes ont été étudiés en utilisant la cryo-microscopie électronique combinée à l’analyse d'image. La voie anémie de Fanconi (FA) a été reconnue comme jouant un rôle important dans la réparation de liaisons inter-brin de l'ADN. Dans cette voie, les protéines FANCD2 et FANCI sont des acteurs clés. Dans mon travail de thèse, j’ai calculé la structurale du complexe FANCD2/FANCI humaine. La structure montre une cavité intérieure, assez grande pour accueillir une hélice d'ADN double brin. Nous avons aussi mis en évidence un domaine en forme de tour. Notre collaborateur (M. Cohn, Oxford) a montré que celui-ci est essentiel pour le recrutement du complexe sur l'ADN. La PhK est l'une des kinases les plus complexes. Elle est composée de quatre sous-unités (αβγδ)4. PhK régule le métabolisme du glycogène, intègre divers signaux pour catalyser la conversion du glycogène phosphorylase b (GP) vers la GP a (actif), et la dégradation ultérieure de glycogène. En utilisant un microscope performant et une caméra de détection d'électrons directe puis après plusieurs étapes de traitement d’image, de correction de mouvement de films induits par les faisceaux d'électrons, j’ai obtenu une structure du complexe en 7Å (FSC gold standard). / During my thesis work, I have investigated the structure of two protein complexes, the FANCD2/FANCI complex and the Phosphorylase Kinase complex (PhK). Both complexes were studied using cryo electron microscopy combined with image analysis. The Fanconi Anemia (FA) pathway has been implied to play a significant role in DNA interstrand crosslink repair and may be the coordinator between different DNA damage repair pathways. Within the FA pathway, the FANCD2 and FANCI proteins are key players. In my thesis work, I have calculated the structure of the human FANCD2/FANCI complex. It possesses an inner cavity, large enough to accommodate a double stranded DNA helix. We also discovered a protruding tower domain, which our collaborator (M. Cohn, Oxford) has shown to be critical for the recruitment of the complex to DNA. PhK is one of the most complex kinases. It is composed of four subunits (αβγδ)4. PhK regulates glycogenolysis, it integrates various signals to catalyze the conversion of glycogen phosphorylase (GP) b to GP a (active), and the subsequent breakdown of glycogen. PhK is a potential target for glycemic control in diseases such as diabetes. Using state of the art electron microscope with a direct electron detection camera, after multiple image processing steps and correction of beams induced motion of films, I obtained a structure of the complexe at 7Å (FSC gold standard).

J'ai réalisé pour cette thèse des travaux expérimentaux à l'aide de la microscopie et de la spectroscopie électronique portant sur l'étude de nanostructures plasmoniques et de nanocristaux semi-conducteurs. Le but étant d'etudier leurs propriétés optiques sur des dimensions spatiales de l'ordre du nm. A cette échelle il est possible d'observer le champs proche électrique associé aux modes de résonances plasmons de surface supportées par des nanostructures métalliques. Ainsi j'ai pu étudier l'effet de la présence de rugosités sur des nano-bâtonnets d'or et constater que leur présence modifiait localement la structure du champs proche électrique. Des mesures combinées par spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) et de cathodoluminescence ont permis de comparer les réponses mesurées en champs proches à celle effectuées en champs lointain. Une étude faite par EELS portant sur le couplage entre deux nano-bâtonnets métalliques positionnés bout à bout et séparés par une distance de quelques dizaines de nanomètres a permis de cartographier la localisation de modes hybridés séparément sur chaque branche. Enfin des études comparatives de cathodoluminescence et de photoluminescence sur des points quantiques isolés ont permis de constater l'équivalence de l'information collectées par ces deux techniques sur ce type d'émetteurs de lumière / For this thesis, I have realised some experimental works using electron microscopy and electron spectroscopies for the study of plasmonic nanostructures and semiconductor nanocrystals . The aim being to study their optical properties with spatial resolutions of the order of a few nm. At this level it is possible to observe the electric near-field associated to the localised surface plasmon resonances supported by metallic nanostructures . So I was able to study the effect due to the presence of roughness on single gold nanorods and I have found that their presence locally alterate the structure of the electric near-field . Combined measurement of electron energy loss spectroscopy (EELS ) and cathodoluminescence spectroscopy were used to compare the near-field and far-field responses respectively. A study by EELS on the coupling between two metal nanorods positioned end to end and separated by a disance of tens of nanometers was used to map the localisation of hybridised modes separately on each branch of the dimers. Finally, comparative studies of cathodoluminescence and photoluminescence on single quantum dots have shown the equivalence of the information collected by these two techniques for such light emitters

Les récepteurs nucléaires sont membres d'une famille de protéines activées par des ligands et qui régulent la transcription de nombreux gènes. Le récepteur nucléaire RevErbα est constitutivement inhibiteur de la transcription de gènes cibles via le recrutement du complexe corépresseur NCor-HDAC3 (Nuclear CoRepressor et Histone DeAcetylase 3). Ce complexe joue un rôle important dans le contrôle de l'horloge circadienne et de la glucogenèse via la régulation de la transcription des gènes codant pour les enzymes G6Pase (Glucose-6-Phosphatase) et PEPCK (PhosphoEnol Pyruvate Carboxy Kinase). Ces deux enzymes sont impliquées dans la glucogénèse qui est dérégulée en cas de diabète de type 2. Ce travail est basé sur l'investigation de l'interaction du récepteur nucléaire RevErbα avec deux corépresseurs: son partenaire établit NCor et SMRT (Silencing Mediator for Retinoid and Thyroid Receptors). Malgré ce qui est rapporté dans la littérature, c'est à dire que SMRT et RevErbα n'interagissent pas fonctionnellement in vivo, nous avons choisis d'étudier cette interaction à cause de la similarité de séquence entre les deux corépresseurs, mais également parce que les peptides des deux corépresseurs ont été rapportés comme interagissant avec d'autre récepteurs nucléaire. Afin d'étudier ces interactions, nous avons utilisé deux techniques complémentaires basées sur l'émission de fluorescence: Une technique in vitro qui est l'anisotropie de fluorescence et une technique de microscopie de fluorescence in cellulo appelée Number & Brightness. En plus de cette étude de l'interaction entre le récepteur nucléaire et les corépresseurs, nous nous sommes intéressé à déterminer l'effet de plusieurs ligands sur cette interaction. Trois ligands ont été testés: l'hème qui est rapporté comme étant le ligand naturel de RevErbα et deux ligands synthétiques et non naturels de RevErbα (SGN et SD7). Grâce à l'anisotropie de fluorescence (in vitro), nous avons confirmé et quantifié l'interaction entre le domaine de liaison au ligand (LBD) de RevErbα et un peptide NCor contenant le domaine d'interaction majeur (ID1 pour RevErbα et nous avons déterminé l'effet des trois ligands sur cette interaction. Nous avons également quantifié l'interaction entre RevErbα et d'autres peptides provenant de NCor et correspondant aux autres domaines d'interaction (ID2 et ID3) pour sa liaison à RevErbα. Nous avons déterminé que l'hème et le SD7 ont un effet déstabilisateur de la liaison de RevErbα à NCor in vitro, alors que le ligand SGN améliore la stabilité de complexe. Nous avons également confirmé une interaction entre RevErbα et un peptide corépresseur issu de SMRT. Afin d'étudier l'interactions des protéines pleine taille dans un contexte plus fonctionnel, nous avons utilisé le 2 photons-2 couleurs Number & Brightness. C'est une technique de microscopie à fluorescence basée sur la fluctuation de l'intensité de fluorescence pour étudier les interactions spécifiques de RevErbα avec NCor et SMRT pleine taille in cellulo ainsi que l'effet des ligands, précédemment mentionné, sur ces interactions. Dans les conditions choisies pour notre étude, nous avons déterminé que RevErbα interagit fortement avec NCor in cellulo et que cette interaction est améliorée par le ligand SGN. En revanche, l'hème et le SD7 n'ont pas d'effet observable sur ce complexe. Nous avons également montré pour la première fois que RevErbα forme des complexes avec le corépresseur SMRT pleine taille in cellulo. La continuité de ce travail pourrait être ciblée sur l'identification de ligands qui augmenterait le recrutement du complexe corépresseur NCor-HDAC3 sur RevErbα, menant ainsi à la diminution de l'expression des gènes cibles. En définitive, un ligand tel que celui-ci pourrait être d'un grand intérêt dans la recherche de la diminution de glucose dans le sang dans les cas de diabètes de type 2. / Nuclear receptors are members of ligand-inducible factors that regulate the transcription of many genes. Nuclear receptor RevErbα constitutively inhibits the transcription of target genes via the recruitment of the corepressor complex NCor-HDAC3 (Nuclear CoRepressor and Histone DeAcetylase 3). This complex plays an important role in controlling the circadian clock and glucogenesis via regulation of the transcription of the G6Pase (Glucose-6-Phosphatase) and PEPCK (PhosphoEnol Pyruvate Carboxy Kinase) genes, both coding for proteins involved in glucogenesis, which is central to type 2 diabetes. Here we have investigated the interaction of the nuclear receptor RevErbα with two corepressors: its establish partner, NCor and SMRT (Silencing Mediator for Retinoid and Thyroid Receptors). Despite literature reports that SMRT and RevErbα do not interact functionally in vivo, we choose to study this interaction because of sequence similarity between the two corepressors, because peptides of both corepressors were reported to interact with other nuclear receptors. To investigate these interactions, we used two complementary fluorescence techniques: In vitro assays based on fluorescence anisotropy and an in cellulo fluorescence microscopy technique called Number & Brightness. In addition to the interactions between the CoRs and the RN, we were interested in determining the effects of several ligands on these interaction. Three ligands were tested: heme, which is reported to be the natural ligand of RevErbα and two synthetic and non-naturals ligands of RevErbα (SGN and SD7). By fluorescence anisotropy (in vitro) we confirmed and quantitated the interaction between purified RevErbα Ligand Binding Domain (LBD) and an NCoR peptide containing the major interaction domains (ID1) for RevErbα and revealed the effect of the three ligands on this interaction. We quantitated as well, the interaction between RevErbα and other peptides from NCor corresponding to the other interaction domains (ID2 and ID3) for it binding to RevErbα. We found a destabilizing effect of heme and SD7 binding to RevErbα on it interaction with NCor in vitro, whereas the ligand SGN enhanced the complex stability. We also confirmed an interaction between RevErbα and a SMRT peptide corepressor in vitro. In order to examine these interactions in a more functionally relevant context using full length proteins, we used 2 photon 2 colors Cross Number and Brightness (N&B), an fluorescence microscopy technique based on fluorescence intensity fluctuations to study specific interactions of full length RevErbα with NCor and SMRT in cellulo as well as the effect of several ligands above mentioned. Under the conditions of our studies, we find that RevErbα and NCor interact strongly in cellulo, and we observed a slight enhancement of this interaction by the SGN ligand. No effect of heme or SD7 was observed on the complex. We show as well for the first time that RevErbα forms complexes with the full length SMRT corepressor in cellulo. Future extensions of these studies could be aimed at identifying ligands that enhance the recruitment of the corepressor complex NCor/HDAC3 by RevErbα, thus leading to a decrease expression of the target genes. Ultimately such a ligand could be of interest in the quest to decrease blood glucose levels in type 2 diabetes.

Les dystrophies musculaires des ceintures (LGMD) sont un groupe hétérogène de dystrophies musculaires à progression lente. Des mutations du gène de la dysferline causent la LGMD de type 2B, mutations dans le gène de la cavéoline-3 (cav-3) causent LGMD de type 1C et des mutations dans le gène anoctamine-5 (ano-5) sont liées aux LGMD. Dans le but d'analyser les mécanismes moléculaires des LGMD et d'étudier les potentielles interactions de la dysferline, de la cav-3 et de l'ano5, des expériences sur des cellules musculaires primaires portant des mutations associées aux gènes DYSF, CAV3 et ANO5 ont été analysées. Les études d'immunomarquage ont montré que la protéine dysferline et la cav-3 sont partiellement colocalisées dans des structures vésiculaires de la membrane plasmique des myotubes primaires humains. La purification biochimique des "detergent-resistant membranes" issus des myotubes différenciés a montré que la dysferline est associée aux " lipid raft " liées aux cytosquelettes d'actine. L'analyse de la microscopie électronique sur les myotubes issus des muscles des patients atteints de LGMD a montré des altérations dans l'abondance des cavéoles à la membrane plasmique qui est en corrélation avec les mutations causant la maladie. L'analyse de l'ultrastructure cellulaire a montré que la dysferline est localisée à la membrane plasmique mais également dans des vésicules cytosoliques. L'immunopurification de ces vésicules contenant de la dysferline a révélé la présence d'environ 500 protéines détectées par LC-MS, ce qui pourrait représenter des protéines structurales vésiculaires, ainsi que des nouveaux partenaires potentiels d'interaction de la dysferline. / Limb-girdle muscular dystrophies (LGMD) are a heterogeneous group of slowly progressive muscular dystrophies with common features such as hyperCKemia and skeletal muscle weakness. Mutations in the dysferlin gene cause LGMD 2B, in the caveolin-3 (cav-3) gene LGMD 1C and in the anoctamin-5 (ano-5) gene LGMD 2L, respectively. In order to reveal the molecular mechanisms underlying LGMD and to investigate the putative interactions of dysferlin, cav-3, and ano5, primary skeletal muscle cell lines with disease-related mutations in DYSF, CAV3, and ANO5 have been analyzed. Immunolabeling studies revealed that dysferlin and cav-3 are partially colocalized in vesicular structures at the plasma membrane. Biochemical purification of detergent-resistant membranes from differentiated myotubes showed that dysferlin is associated with lipid rafts linked to the actin-cytoskeleton. Transmission electron microscopy analysis of myotubes revealed alterations of caveolae abundance at the plasma membrane correlating with disease-causing mutations. Ultrastructural studies revealed localization of dysferlin at the plasma membrane, but also in cytosolic vesicles. These vesicles contained a subset of approximately 500 proteins detected by LC-MS, which might represent vesicular structural proteins, vesicle cargo, and putative new dysferlin interaction partners. Results from this study lead to the conclusion that caveolae play a crucial role in the context of LGMD. Dysferlin and cav-3 seem to be closely linked on structural as well as on functional level. Our results confirm that dysferlin is localized in cytosolic vesicles, which are involved in multiple cellular processes.

La capacité à cartographier le champ magnétique à l'échelle nanométrique serait un atout crucial pour étudier les propriétés magnétiques des solides ainsi que certains phénomènes de transport, mais aussi pour des études fondamentales en biologie. Cette thèse porte sur la réalisation d'un microscope de champ magnétique d'un genre nouveau, qui promet une résolution spatiale de quelques nanomètres, une sensibilité de l'ordre du nanotesla, et fonctionne aux conditions ambiantes. Ce microscope est basé sur le défaut azote-lacune du diamant, dont les propriétés quantiques peuvent être exploitées pour en faire un magnétomètre ultrasensible de taille atomique. Dans un premier temps, nous présenterons le fonctionnement et la réalisation du microscope à défaut azote-lacune, qui consiste essentiellement en un microscope à force atomique sur la pointe duquel un nanocristal de diamant est attaché. Nous testerons le microscope en imageant le champ de fuite généré par un cœur de vortex dans un microdisque ferromagnétique. Dans un second temps, nous appliquerons le microscope à l'étude de couches ferromagnétiques ultraminces. Ces systèmes présentent un intérêt à la fois fondamental, les effets d'interfaces restant encore largement inexplorés à ce jour, et technologique, puisqu'ils sont à la base de propositions pour la réalisation de nouvelles mémoires magnétiques à basse consommation d'énergie. Nous étudierons d'abord la nature des parois de domaines dans ces couches ultraminces, ce qui nous permettra de révéler l'existence d'une interaction Dzyaloshinskii-Moriya d'origine interfaciale dans certains échantillons. Nous étudierons ensuite les sauts nanométriques d'une paroi de domaine induits par l'agitation thermique. Nous démontrerons en particulier le contrôle de ces sauts par un laser, ce qui nous permettra de visualiser et explorer le paysage énergétique de la paroi. / The ability to map the magnetic field at the nanometer scale would be a crucial advance to study the magnetic properties of solids as well as some transport phenomena, but also for fundamental studies in biology. This thesis deals with the realisation of a magnetic field microscope of a new kind, which promises a spatial resolution down to a few nanometres, a sensitivity of the order of a few nanoteslas, and operates under ambient conditions. This microscope is based on the nitrogen-vacancy defect in diamond, whose quantum properties can be harnessed to make an ultrasensitive, atomic-size magnetometre. In the first part, we will present the basic principles and the realisation of the nitrogen-vacancy defect microscope, which consists essentially in an atomic force microscope on the tip of which a diamond nanocrystal is grafted. We will test the microscope by imaging the stray field generated by a vortex core in a ferromagnetic microdisk. In the second part, we will apply the microscope to the study of ultrathin ferromagnets. These systems are interesting both from the physical point of view, as interface effects have been little explored so far, and for technology, as they are the cornerstone of several proposals for realising novel magnetic memory devices with low energy consumption. We will first study the nature of domain walls in these ultrathin ferromagnets, which will enable us to reveal the existence of an interface-related Dzyaloshinskii-Moriya interaction in some samples. Next, we will study the nanometric jumps of a domain wall induced by thermal fluctuations. In particular, we will demonstrate control over these jumps using a laser, which will allow us to visualise and explore the wall's energy landscape.

Le but de cette thèse a été d'étudier les propriétés structurales et optiques de puits quantiques (PQs) d’InGaN/(Al)GaN obtenus par épitaxie en phase vapeur d’organométalliques. Différentes approches ont été mises en œuvre pour atteindre une émission dans le vert-jaune: la première utilisant une concentration d'indium ≥ 20% avec un PQ d’InGaN d’épaisseur <3.0 nm et vice versa. L'effet d'une couche d’encapsulation a également été étudié. Les techniques de microscopie à force atomique, de diffraction des rayons X, de photoluminescence (PL) et surtout de microscopie électronique à transmission (MET) ont été utilisées pour caractériser ces structures. Les épaisseurs des PQs et les compositions en indium ont été déterminées par le traitement numérique des franges de réseau dans les images MET haute résolution en section transverse. Un traitement original a été développé pour analyser quantitativement les fluctuations de l’épaisseur des PQs. L'analyse structurale des PQs ayant une composition en In élevé a montré que les défauts structuraux sont créés dans les PQs. La nature et la densité de ces défauts ont été déterminées et différents mécanismes pour leur formation ont été proposés. Il a également été montré que quelques monocouches d’encapsulation de GaN ou d’AlGaN déposées à la température de croissance des PQs limitent l’évaporation et/ou la diffusion d’indium. Ce procédé permet d’étendre la longueur d'onde d'émission avec une réduction de la dégradation de l'efficacité de la PL. Mon travail propose quelques pistes afin d'obtenir un bon compromis entre les paramètres contradictoires qui régissent l'efficacité des PQs émettant dans le vert-jaune. / The goal of this thesis was to study the structural and optical properties of InGaN/(Al)GaN multiple QWs grown by metal organic chemical vapor deposition. Different approaches have been implemented to achieve green-yellow emission: high indium concentration (≥ 20%) with low InGaN QW thickness (< 3 nm) or vice versa. Moreover, the effect of a capping layer on top of the QWs has also been investigated. Atomic force microscopy, X-ray diffraction, room temperature photoluminescence (RTPL) and mainly transmission electron microscopy (TEM) techniques have been used to characterize these structures. The QW thicknesses and indium compositions have been determined by digital processing of lattice fringes in cross-sectional high resolution TEM images. An original treatment has been developed to analyze quantitatively InGaN QW thickness fluctuations. The structural analysis of multiple QWs with high indium composition has shown that structural defects are created in the QWs. The nature and the density of these defects have been determined and different mechanisms for their formation have been proposed. It has also been shown that a few monolayers of AlGaN or GaN capping layers deposited at the InGaN QW growth temperature prohibited indium evaporation and/or diffusion. It therefore helps to extend the emission wavelength with a reduced degradation of the RTPL efficiency. My work offers a few ways to obtain a good compromise between the conflicting parameters that govern the efficiency of QWs emitting in the green-yellow spectrum range.