Les prions sont des protéines qui suite à des changements de conformation acquièrent un caractère infectieux. Ils sont à l’origine de traits dominants, héritables de façon non-Mendélienne, chez les mammifères, les champignons filamenteux et les levures. Le mauvais repliement et l’agrégation des protéines sont à l’origine de plus de 40 maladies, parmi lesquelles on retrouve des maladies neurodégénératives telles que les maladies d’Alzheimer, de Parkinson et de Huntington. Il a été montré que les formes agrégées des protéines supposées responsables de ces maladies (i.e. peptide amyloïde-β, tau, α-synucléine, huntingtine) se propagent de cellule en cellule à la manière des prions. La levure Saccharomyces cerevisiae possède plusieurs prions qui sont autant d’excellents modèles biologiques pour la compréhension des mécanismes de formation et de propagation des prions.[PSI+] et [URE3], issus respectivement de la conversion sous forme prion du terminateur de la traduction Sup35p et d’un régulateur du métabolisme azoté Ure2p, sont à ce jour les deux prions les mieux documentés chez la levure. Les chaperons moléculaires et leurs co-chaperons modulent la formation, la réplication et la propagation des prions chez la levure. Cependant, l’élimination ou la dégradation de ces prions sont encore mal connus. Notre laboratoire a montré que le protéasome 26S est capable de dégrader les formes soluble et fibrillaire de Sup35p. Dans la première partie de ma thèse, nous avons étudié le rôle du protéasome 26S dans la dégradation des formes soluble et fibrillaire d’Ure2p. Nous avons montré que, comme pour Sup35p, le protéasome 26S dégrade Ure2p soluble en générant des peptides amyloïdes issus du domaine prion N-terminal ainsi qu’un fragment C-terminal résistant à la protéolyse. Nous avons montré que le domaine prion déstructuré est nécessaire pour la reconnaissance et la dégradation par le protéasome. Contrairement à ce qui avait été observé pour Sup35p, Ure2p sous sa forme fibrillaire est totalement résistante à la dégradation protéasomale. Nous suggérons que la variabilité structurale aux seins des particules de prions dans un contexte cellulaire dicte leurs interactions avec les machineries protéolytiques, et plus particulièrement avec le protéasome.Les prions de levure ont principalement été étudiés dans un contexte de cellules en division active. Cependant, dans la nature, la plupart des cellules sont retrouvées dans un état quiescent post-mitotique. Nous n’avons que très peu d’informations sur le devenir des particules de prions lorsque les cellules entrent dans un état quiescent. De même les conséquences physiologiques des prions sur la survie à long terme des levures sont très peu documentées. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons utilisé le prion [PSI+] comme modèle pour répondre à ces questions. Différentes conformations des agrégats de Sup35p conduisent à des souches phénotypiquement distinctes du prion [PSI+]. Nous avons constaté que les agrégats de Sup35p subissent des changements ultra-structuraux et fonctionnels au cours des différentes phases de croissance cellulaire. Ainsi, nous avons observés des changements importants dans la distribution de taille et dans l’infectiosité des polymères de Sup35p résistants au SDS formant les briques élémentaires du prion [PSI+]. Ces changements interviennent sans affecter les informations structurales spécifiques à chaque souche de prion [PSI+]. De façon remarquable, bien que [PSI+] n’affecte pas le taux de croissance des levures, ce prion semble prolonger significativement la durée de vie des levures. Cet effet bénéfique semble pouvoir se fixer de façon efficace et permanente dans les cellules et persister même après élimination de [PSI+]. La fixation génétique de caractéristiques épigénétiques induites par [PSI+] ont été déjà observées et l’ensemble de ces résultats suggère que [PSI+] (et éventuellement d’autres prions) peut jouer le rôle de capaciteurs évolutifs transitoires. / “Proteinaceous infectious particles”, or prions, are self-perpetuating alternate conformations of proteins that are responsible for heritable non-Mendelian traits in mammals, filamentous fungi and yeast. On a more general note, protein misfolding and aggregation is at the origin of over forty protein folding disorders including devastating neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s, Parkinson’s or Huntington’s diseases. The aggregated proteins responsible for these diseases (i.e. amyloid-β peptide/tau, α-synuclein and huntingtin) were shown to propagate from cell to cell in a prion-like manner. The yeast Saccharomyces cerevisiae hosts many prion or prion-like proteins, unrelated in sequence and function, which proved to be excellent models for understanding the dynamics of prion aggregation and distribution upon cell division.Sup35p and Ure2p which cause the [PSI+] and [URE3] heritable traits, respectively, stand out as the most studied and best characterized yeast prions to date. A plethora of cellular factors, mostly belonging to various molecular chaperone families, were shown to affect yeast prion formation and propagation. Clearance of protein aggregates and prion particles is however poorly understood and documented. Our laboratory showed that the 26S proteasome degrades both the soluble and prion-associated fibrillar forms of Sup35p. In the first part of my thesis, we investigated the role of the 26S proteasome in the degradation of the soluble and fibrillar forms of Ure2p. We found that, as with Sup35p, the 26S proteasome is able to degrade the soluble native Ure2p, generating an array of amyloidogenic N-terminal peptides and a C-terminal fragment which is resistant to proteolysis. The N-terminal prion domain was shown to act as a degron required for proteasomal engagement and degradation. In contrast to Sup35p, fibrillar Ure2p resisted proteasomal degradation. We expect the structural variability within prion assemblies in a cellular context to dictate their interaction with proteolytic machineries in general and the proteasome in particular.The biology of yeast prions has been mostly explored in the context of logarithmically dividing cells. In nature however, most cells are generally in a post-mitotic non-dividing quiescent state. Yet little is known about the fate and properties of prion particles upon yeast cells entry into the stationary or quiescent states and the physiological consequences of harboring these prions throughout the lifespan of yeast cells. In the second part of my thesis, we addressed this issue using the [PSI+] prion as a model. Structurally different conformers of Sup35p aggregates can lead to distinct [PSI+] strains with different prion phenotypes. We found that Sup35p prion particles undergo growth phase-dependent ultrastructural and functional changes. Indeed, the size distributions of SDS-resistant core-prion particles significantly change during growth without affecting the structural information specific to each prion strain. The infectious properties of Sup35p prion particles undergo dramatic growth phase-dependent changes. Importantly, we found that while [PSI+] has little to no effects on the growth rates of yeasts, it robustly prolongs their chronological lifespan. Furthermore, this beneficial effect can then be permanently and efficiently fixed in the cells even when [PSI+] is subsequently lost. Similar genetic fixation of [PSI+]-induced epigenetic characteristics were previously observed and suggested [PSI+] (and possibly other prions) can act as transient evolutionary capacitators.

L’électrochimie devient incontournable dans les nouvelles technologies de stockage et de conversion de l’énergie. La réaction de dégagement de dihydrogène constitue aujourd’hui une réaction à fort intérêt sociétal qui est au cœur des nouvelles technologies permettant l’élaboration de systèmes pour la conversion de l’énergie. Cependant, des problématiques liées à l’utilisation de certains métaux nobles (le platine notamment) en tant que catalyseurs restent encore à résoudre. Ce travail de thèse s’inscrit dans les thématiques scientifiques de l’équipe de Recherche et d’Innovation en Electrochimie pour l’Energie (ERIEE) qui s’intéresse depuis plusieurs années à la substitution de ces métaux nobles par l’utilisation de catalyseurs moléculaires constitués de composés organiques contenant des métaux de transition comme centre électro-actif pour application dans les électrolyseurs industriels. Ce travail de thèse se focalise sur l’étude d’une famille de complexes moléculaires à base de métaux de transition (Co ou Fe), les clathrochélates, caractérisés par différentes structures chimiques. Le choix des ligands de ces complexes ainsi que l’étude des processus de fonctionnalisation sur des substrats ad hoc, sont des éléments déterminants dans l’appréhension des performances électro-catalytiques obtenues.Ces électro-catalyseurs ont été étudiés à la fois en solution (phase homogène) et fonctionnalisés à la surface d’électrodes solides. Leurs propriétés physico-chimiques ainsi que leurs performances électro-catalytiques vis-à-vis de la réaction de dégagement d’hydrogène, ont été caractérisés de façon systématique.La microscopie électrochimique à balayage (SECM) a notamment permis d'effectuer une caractérisation à l’échelle locale des propriétés électro-catalytiques des électrodes modifiées. / Electrochemistry is becoming a major field in new energy storage and conversion technologies. Nowadays, the hydrogen evolution reaction (HER) is a reaction of great societal interest, which is at the heart of new technologies enabling the development of systems for the conversion of energy. However, some issues related to the use of noble metals (platinum, in particular) as catalysts have not been solved yet. This thesis is part of the scientific approach of the Research and Innovation in Electrochemistry for Energy (ERIEE) research group which has been interested for several years in the substitution of these noble metals by the use of transition metal based electro-catalysts. These molecules consist of organic compounds containing transition metals as an electro-active center for application in industrial electrolysers. This thesis focuses on the study of a family of molecular complexes based on transition metals (Co or Fe), the so-called clathrochelates, characterized by different chemical structures. The choice of the ligands constituting these complexes as well as the study of their functionalization processes on ad hoc substrates, constitute key elements in the apprehension of the resulting electro-catalytic performances.These electro-catalysts were studied both in solution (homogeneous phase) and functionalized at the surface of solid electrodes. Their physico-chemical properties as well as their electrocatalytic turnover for the hydrogen evolution reaction, have been systematically characterized.In particular, scanning electrochemical microscopy (SECM) allowed for the characterization of the electrocatalytic properties of modified electrodes at the local scale.

Il est bien connu que les propriétés optiques des nanoparticules de métaux nobles, en particulier d'or et d'argent, s'écartent fortement de celles de métaux macroscopiques. Pour les tailles comprises entre dix et quelques centaines de nanomètres, elles sont dominées par les plasmons de surface (SP) décrites par des modèles purement classiques. En revanche, les agrégats de quelques dizaines d’atomes se comportent comme des systèmes quantiques, ce qui induit des comportements optiques nouveaux. La structure des nanoparticules et l'environnement diélectrique peuvent affecter les propriétés optiques. Dans cette thèse, j'ai utilisé un microscope électronique à transmission à balayage (STEM) équipé d'un spectromètre à perte d'énergie des électrons (EELS) pour mesurer, en parallèle, les propriétés optiques et structurales de nanoparticules individuelles. Je présente comment des expériences complémentaires (STEM-EELS et absorption optique) sur de petites nanoparticules d'argent triées en taille et encapsulées dans une matrice de silice donnent au premier abord des résultats incohérents: tandis que, d’une part, l'absorption optique ne montre aucun effet de taille entre quelques atomes et environ 10 nm, un décalage en énergie est observé dans les mesures STEM-EELS. Notre interprétation quantitative, fondée sur un modèle mixte classique/quantique qui prend en compte tous les effets quantiques pertinents, a résolu les apparentes contradictions non seulement dans nos données expérimentales, mais également dans celles de la littérature. Notre modèle décrit comment l'environnement local est le paramètre crucial contrôlant la manifestation ou l'absence d'effets de taille quantique. En second lieu, je me suis intéressé à la région purement classique à travers des structureslithographiées de quelques centaines de nanomètres. Bien que les cavités plasmoniques triangulaires aient été largement étudiées dans la littérature, une classification en termes de modes de respiration et de bords plasmoniques manquait. Dans cette étude, les résultats expérimentaux de STEM-EELS, des modèles analytiques et des simulations classiques nous ont permis de décrire la nature des différents modes. / It is well known that the optical properties of nanoparticles of noble metals, in particular gold and silver, deviate strongly from those of macroscopic metals. For sizes between ten and a few hundred nanometers, they are dominated by surface plasmons (SPs) described by purely classical models. On the other hand, clusters of a few tens of atoms behave like quantum systems inducing new optical behaviors. The structure of the nanoparticles and the dielectric environment can affect the optical properties. In this thesis I used a scanning transmission electron microscope (STEM) fitted with an electron energy loss spectrometer (EELS) to measure, in parallel, the optical and structural properties of individual nanoparticles. I present how complementary experiments (STEM-EELS and optical absorption) on sizeselected small silver nanoparticles embedded in silica yield at first inconsistent results: while optical absorption shows no size-effect in the range between only a few atoms and ~10 nm, a clear spectral shift is observed in STEM-EELS technique. Our quantitative interpretation, based on a mixed classical/quantum model which takes into account all the relevant quantum effects, resolves the apparent contradictions, not only within our experimental data, but also in the literature. Our comprehensive model describes how the local environment is the crucial parameter controlling the manifestation or absence of quantum size effects. Secondly, I was interested in the purely classical region through lithographed structures of a few hundred nanometers. Although triangular plasmonic cavities have been widely studied in the literature, a classification in terms of plasmonic modes of breathing and edge was missing. In this study, experimental STEM-EELS results, analytical models and classical simulations enabled us to describe the nature of the different modes.

Dans le but d'identifier de nouveaux inhibiteurs du chikungunya (CHIKV), de la dengue (DENV) et de la zika (ZIKV), une étude systématique portant sur 339 extraits d'Euphorbiaceae tropicales a été réalisée grâce à un test cellulaire d'inhibition du CHIKV et à des tests d'inhibition de l'ARN-polymérase de DENV et ZIKV.Sandwithia guyanensis et Sagotia racemosa, deux espèces provenant de Guyane française, dont les extraits d'écorce présentaient une forte activité anti-CHIKV importante, ont d'abord été étudiées. À la suite d'un processus d'isolement bioguidé classique, plus de 20 nouveaux diterpènes ont été caractérisés, mais aucun d'entre eux ne présentait une activité antivirale significative. Pour résoudre ce problème, des réseaux moléculaires (MN) ont été construits grâce aux données de LC-MS/MS obtenues à partir des fractions chromatographiques des deux extraits. L'annotation des MN, a permis l'identification d'analogues du phorbol, connus pour être de puissants inhibiteurs du CHIKV. Présents à l'état de traces, ces composés fournissent une explication plausible à l'activité anti-CHIKV des deux extraits.Dans une deuxième étude, une stratégie de priorisation des extraits de plantes basée sur la fusion de données taxonomiques et d'essais biologiques au sein d'un MN a conduit à l'isolement et à la caractérisation ciblée de plusieurs inhibiteurs doubles de Codiaeum peltatum. Les deux études illustrent comment les MN et les progrès récents en matière d'annotation des données de LC-MS/MS peuvent être mis en œuvre dans les études phytochimiques pour améliorer le processus découverte de composés bioactifs. / In order to identify new inhibitors of chikungunya (CHIKV), dengue fever (DENV) and zika (ZIKV), systematic study with 339 extracts from tropical Euphorbiaceae species was performed in a virus-cell-based assay for CHIKV and DENV and ZIKA NS5 inhibition assaysThe French Guianese species Sandwithia guyanensis and Sagotia racemosa, from which bark extracts exhibited significant anti-CHIKV activities, were first investigated. Following a classical bioguided isolation workflow, more than 20 new diterpenes were characterized but none of them showed significant antiviral activity. To adress this issue, molecular networks (MN) were built from the LC-MS/MS data acquired from the chromatographic fractions of both extracts. The annotation of the MNs led to the identification of phorbol analogues, known to be potent CHIKV inhibitors. Present at trace levels, these compounds provide a plausible explanation for the anti-CHIKV activity of both extracts.In a second study, a strategy to prioritize plant extracts based on the fusion of taxonomic data and bioassays within a MN led to the isolation and targeted characterization of several dual inhibitors from Codiaeum peltatum. Both studies illustrate how MN and recent advances in LC-MS/MS data annotation can be implemented in phytochemical studies to improve the bioactive compounds discovery process.

Le graphène a des propriétés électroniques et mécaniques extraordinaires en raison de sa structure de bande linéaire. Toutefois, l'absence d’une bande interdite limite l’utilisation du graphène dans les dispositifs électroniques. Ajuster la bande interdite de graphène permettrait un contrôle précis des porteurs de charge. Une solution prometteuse consiste à modifier le graphène par des briques élémentaires de molécules organiques. Les molécules organiques avec un ion métallique (métal-porphyrine et métal-phtalocyanine) sont des candidats potentiels en raison de leur structure robuste et de leurs propriétés de charge et de spin qui peuvent être modulées. Dans cette thèse, le graphène a été préparé par la sublimation d’atomes de Si sur les faces de Si et de C- du substrat SiC. Trois molécules qui transportent l'information de spin différents ont été étudiés avec le STM. A travers des collaborateurs les calculs DFT, nous apporte des informations complémentaires. La première molécule utilisée dans notre expérience est la phtalocyanine de Ni (NiPc). L'ion Ni²⁺ a une configuration d'électrons 3d⁸ avec au état de spin de 0. La seconde molécule est la tétraphénylporphyrine de Pt (PtTPP (CO₂Me)₄). L'ion Pt²⁺ montre également une configuration d'électrons 3d8 à un état de spin de zéro. Cependant, l'atome Pt est plus lourd que celui du Ni. Promettant des effets spin orbite plus importants. La troisième molécule est tétraphénylporphyrine de fer (III) chlorure (FeTPPCl). Le Fe³⁺ est dans l'état haut spin (S = 5/2). Chacune de ces trois molécules forment un réseau moléculaire carré bien ordonné sur le graphène. Les directions de réseau moléculaires sont dominées par la symétrie du graphène, tandis que les orientations moléculaires dépendent des interactions inter moléculaires. Les couplages électroniques entre chaque molécule et le graphène sont transmis par la force de Van der Waals, qui donne lieu à des interfaces capacitifs entre la couche de graphène et les molécules. Les interactions électroniques entre les molécules FeTPP et graphène sont plus fortes que celles entre NiPc ou PtTPP et le graphène. Les études des molécules organiques avec adsorbées sur le graphène des spins différents a le potentiel d’ouvrir la voie à l'application de l'interface organométallique molécules/ graphène dans les dispositifs de spintronique. / Graphene has extraordinary properties because of its linear band structure and zero band gap. However, the lack of a band gap hinders the implementation of graphene in electronics; tuning the band gap of graphene would enable a precise control of the charge carriers. One of the promising solutions is to modify graphene with organic molecular building blocks. Organic molecules with a metal ion (metal- porphyrin, metal- phthalocyanine) are potential candidates, because of their robust structure and the fact that their charge and spin properties can be tuned. In this thesis, graphene was prepared by sublimating Si atoms from both Si and C- terminated SiC substrates. Three molecules which carry different spin information were studied by STM experiments. Through collaborations, DFT calculations were used to improve our understanding of the molecule- graphene interaction.The first molecule used in our experiment is Ni- phthalocyanine (NiPc). The Ni²⁺ ion has a 3d⁸ electron configuration, giving a spin- state of 0. The second molecule is Pt- tetraphenylporphyrin (PtTPP(CO₂Me)₄). The Pt²⁺ ion also shows a d8 electron configuration with a spin state of zero. However, the Pt atom is heavier than Ni, which should increase the spin- orbit effects. The third molecule is tetraphenylporphyrin iron(III) chloride (Fe(TPP)Cl). The Fe³⁺ in Fe(TPP)Cl is stable in the high spin state (S=5/2). These three molecules each form well- ordered nearly square lattice molecular networks on graphene. The molecular lattice directions are dominated by the graphene symmetry, while the molecular orientations depend on the molecule- molecule interactions. The electronic couplings between each of three molecules and graphene are via the Van der Waals forces, which gives rise to the capacitive molecular- layer/ graphene interfaces. The electronic interactions between FeTPP molecules and graphene are stronger than those between NiPc or PtTPP molecules and graphene. The studies of the organic molecules with different spin information on the graphene has the potential to pave the way for the application of organometallic molecules/graphene interface in spintronic devices.

Cette thèse concerne les études théoriques et expérimentales de composés à transition de spin (SCO: “spin crossover”) menées pour déterminer la possibilité de les implémenter dans des capteurs de température et/ou de pression. L’analyse théorique a été effectuée en utilisant les deux modèles les plus utilisés dans ce domaine de recherche notamment: le modèle équivalent d’Ising et le modèle de couplage Atom-Phonon. Pour générer les états des systèmes SCO, les méthodes d’échantillonnage entropique de Monte Carlo (MCES : « Monte Carlo Entropic Sampling ») et de Monte Carlo Metropolis (MCM) ont été utilisées. La méthode MCES a été utilisée pour étudier les systèmes à basse dimensions réduites et la méthode MCM pour les systèmes de grande taille. Ainsi le rôle de la coopérativité dans un système SCO a été analysé et l’influence des interactions des molécules de surface avec leur environnement local a été étudiée. Il a été montrée qu’une transition procédant par plusieurs étapes (« multi step transition ») est pilotée par trois types d’interactions: celles à courte portée, celles à longue portée et celles entre les molécules de surface avec leur environnement. Ces résultats peuvent être utilisés pour assembler les matériaux de type SCO dans des dispositifs technologiques parce-que, comme il a été montré, il est nécessaire de tenir compte des interactions qui peuvent exister entre les molécules de surface et leur environnement. De plus, des résultats importants ont été obtenus en analysant le rôle de l’architecture du système. Les résultats obtenus en appliquant le modèle de couplage Atom-Phonon ont été comparés en utilisant trois méthodes différentes pour résoudre le Hamiltonien du système: l’approximation du champ moyen, la matrice dynamique et l’approximation parabolique. Ainsi il a été montré que la méthode de l’approximation parabolique est meilleure que la méthode de l’approximation du champ moyen et que les résultats obtenus avec cette méthode sont très proches de ceux obtenus avec des calculs exacts. Ceci est du au fait que cette méthode est très proche de la méthode de calculs exacts. Les études expérimentales des composés SCO Fe(hyptrz)]A2∙H2O et [Fe(hyetrz)3]I2∙H2O ont révélées leur propriété thermo- et piézo-chromique. Une grande variété de techniques a été employée pour la caractérisation des deux composés. Ainsi les analyses thermiques du premier composé sous l’action d’une pression externe ont été réalisées avec une cellule de pression à gaz. Ce type de cellule a l’avantage de maintenir le caractère hydrostatique sur le domaine entier de température. Le deuxième composé a été caractérisé en utilisant des techniques telles que: caractérisation optique, DSC, spectroscopie Mössbauer et un dispositif micromécanique pour l’application de la pression. Les résultats ont démontré la faisabilité de détection de la pression en utilisant un capteur ou marqueur basé sur un composé SCO fonctionnant à température ambiante. Pour le composé SCO [Fe(hyetrz)3]I2∙H2O, une valeur seuil de la pression de contact autour de 30 MPa a été obtenue qui induit de manière irréversible un changement de couleur du matériau moléculaire. Ceci résulte de la transition de l’état HS vers l’état BS. De plus, la possibilité d’une transition qui induit un changement de couleur en sens inverse en utilisant un autre stimulus (température) a été démontrée, ce qui permet de réutiliser le capteur. A partir de ces résultats, un nouveau type de capteur fonctionnant sur le principe d’une détection optique a été proposé qui permettrait la détection concomitante à la fois de la température et de la pression. Ce nouveau type de capteur est basé sur deux composés SCO qui sont caractérisés par des transitions progressives. En considérant les développements récents dans le domaine SCO cet objectif pourrait être très bientôt atteint. / This thesis is about the theoretical and experimental studies carried on spin crossover compounds (SCO) in order to investigate the possibility of their implementation in temperature and/or pressure sensors. The theoretical analysis was performed using two of the most applied models in the field namely: the Ising-like model and the Atom Phonon coupling model. To generate the states of SCO systems the Monte Carlo Entropic Sampling (MCES) and Monte Carlo Metropolis (MCM) methods were used. The MCES method was used for small systems and the MCM method for large systems. Thus, we analyzed the role of cooperativity of a SCO system and studied the influence of interactions of the surface molecules with their local environment. We have shown that a multi step transition is driven by three types of interactions: the short-range interactions, long-range interactions and interactions of surface molecules with their environment. These results can be applied to assemble SCO materials based devices because, as we have shown, it is necessary to account for the interactions that may occur between the molecules on the surface and their environment. Moreover, important results were obtained by analyzing the role of the system’s architecture. Considering equal number of molecules systems, we have shown that a square system is more cooperative than a ladder type system which in turn is more cooperative than a chain-type system. The results obtained using the Atom Phonon coupling model were compared using three different methods to solve the Hamiltonian system: mean field approximation, dynamic matrix and parabolic approximation. Thus it was shown that the parabolic approximation method is better than that of the mean field approximation method and that the results obtained by this method are very close to those obtained by exact calculations. This is because this method is very close to exact calculation. The experimental studies on SCO compounds Fe(hyptrz)]A2∙H2O and [Fe(hyetrz)3]I2∙H2O revealed their thermo- and piezo-chromic character. A variety of techniques have been employed for the characterization of the two compounds. Thus the thermal analysis of the first mentioned compound under the action of external pressure was carried out using a gas pressure cell. This type of cell has the advantage of maintaining the hydrostatic character over the entire range of temperature. The second compound was characterized using techniques such as: optical characterization, DSC, Mössbauer spectroscopy and a micromechanical home-made device for the application of pressure. The results demonstrated the feasibility of pressure detection using a molecular spin crossover based sensor/marker operating at ambient temperature. For the SCO compound [Fe(hyetrz)3]I2∙H2O, we obtained a threshold value of the contact pressure of about 30 MPa to irreversibly induce the color change of the molecular material, due to the spin state switching from HS to LS state. Moreover, the possibility of switching back the color using another stimulus (temperature) was demonstrated, making this sensor reusable. Taking into account the above mentioned results we proposed a new type of sensor with optical detection that would allow the concomitant detection of both temperature and pressure. This new type of sensor is based on two SCO compounds that exhibit gradual transitions. Considering recent developments in the SCO field this objective could be achieved in the near future.

Cette thèse présente une approche de modélisation inspirée par la robotique pour l'étude des changements conformationnels des protéines. Cette approche est basée sur une représentation mécanistique des protéines permettant l'application de méthodes efficaces provenant du domaine de la robotique. Elle fournit également une méthode appropriée pour le traitement « gros-grains » des protéines sans perte de détail au niveau atomique. L'approche présentée dans cette thèse est appliquée à deux types de problèmes de simulation moléculaire. Dans le premier, cette approche est utilisée pour améliorer l'échantillonnage de l'espace conformationnel des protéines. Plus précisément, cette approche de modélisation est utilisée pour implémenter des classes de mouvements pour l'échantillonnage, aussi bien connues que nouvelles, ainsi qu'une stratégie d'échantillonnage mixte, dans le contexte de la méthode de Monte Carlo. Les résultats des simulations effectuées sur des protéines ayant des topologies différentes montrent que cette stratégie améliore l'échantillonnage, sans toutefois nécessiter de ressources de calcul supplémentaires. Dans le deuxième type de problèmes abordés ici, l'approche de modélisation mécanistique est utilisée pour implémenter une méthode inspirée par la robotique et appliquée à la simulation de mouvements de grande amplitude dans les protéines. Cette méthode est basée sur la combinaison de l'algorithme RRT (Rapidly-exploring Random Tree) avec l'analyse en modes normaux, qui permet une exploration efficace des espaces de dimension élevée tels les espaces conformationnels des protéines. Les résultats de simulations effectuées sur un ensemble de protéines montrent l'efficacité de la méthode proposée pour l'étude des transitions conformationnelles / Proteins are biological macromolecules that play essential roles in living organisms. Un- derstanding the relationship between protein structure, dynamics and function is indis- pensable for advances in fields such as biology, pharmacology and biotechnology. Study- ing this relationship requires a combination of experimental and computational methods, whose development is the object of very active interdisciplinary research. In such a context, this thesis presents a robotics-inspired modeling approach for studying confor- mational changes in proteins. This approach is based on a mechanistic representation of proteins that enables the application of efficient methods originating from the field of robotics. It also provides an accurate method for coarse-grained treatment of proteins without loosing full-atom details.The presented approach is applied in this thesis to two different molecular simulation problems. First, the approach is used to enhance sampling of the conformational space of proteins using the Monte Carlo method. The modeling approach is used to implement new and known Monte Carlo trial move classes as well as a mixed sampling strategy. Results of simulations performed on proteins with different topologies show that this strategy enhances sampling without demanding higher computational resources. In the second problem tackled in this thesis, the mechanistic modeling approach is used to implement a robotics-inspired method for simulating large amplitude motions in proteins. This method is based on the combination of the Rapidly-exploring Random Tree (RRT) algorithm with Normal Mode Analysis (NMA), which allows efficient exploration of the high dimensional conformational spaces of proteins. Results of simulations performed on ten different proteins of different sizes and topologies show the effectiveness of the proposed method for studying conformational transitions

Un procédé de fermentation basé sur une coculture des souches probiotiques Lactobacillus rhamnosus R et Lactobacillus rhamnosus RW9595M a été utilisé pour coproduire des exopolysaccharides (EPS) de poids moléculaires modulés. Dans cette étude, les deux souches ont été cultivées séparément et en coculture. Les souches ont été cultivées durant 72 h, à 37 °C, sous contrôle de pH à 6.0, et avec une agitation de 100 r.p.m. Deux milieux de culture ont été testés, le milieu minimum basai supplémenté (BMM-S) avec 1.1% (v/v) de tryptone et le perméat de lactosérum supplémenté (PLS) avec 1.1% (v/v) de tryptone, 0.5 mg /L de MgS04, 0.05 mg /L de MnS04 et 0.1% de Tween 80. La croissance cellulaire des souches et le poids moléculaire ont été mesurés au cours de la fermentation par dénombrement sur gélose et par HPLC-SEC, respectivement. Lorsque les souches ont été cocultivées dans le BMM-S en proportion de 1 :1, 991 ±30 mg/L d'EPS avec des poids moléculaires de 1.0 ± 0.21 x 106, 1.6 ± 0.16 x 106 Da, et 1.9 ± 0.18 x 105 Da, ont été obtenus. Dans le milieu PLS, les souches ont été cocultivées en proportion de 9:1 (R/RW9595M), 657 ± 90 mg/L d'EPS avec des poids moléculaires de 5.59 ± 0.82 x 104Da, ont été obtenus. La croissance cellulaire individuelle a été mesurée par qPCR-TaqMan pour les essais dans le milieu PLS. La concentration cellulaire maximale pour chaque souche était de 2.05 x 109 UFC/mL pour Lb. rhamnosus R, et de 3.67 x 108 UFC/mL pour Lb. rhamnosus RW9595M. Ce procédé est simple et économique pour la culture des probiotiques à haute valeur ajoutée en fabrications alimentaires.

La technologie des biopuces permettrait une détection rapide et multiparamétrique des microorganismes infectieux et des gènes de résistance aux antibiotiques qui leur sont associés. Deux aspects des biopuces ont été étudiés durant ce projet. Premièrement, dans le but de faciliter la conception des sondes de capture, nous avons évalué l’influence de la position de la cible hybridée par une sonde. Nous avons observé que la longueur des chaînes non-hybridées dépassant de la sonde de capture avait une influence sur le signal d’hybridation obtenu et pouvait être responsable de faux-négatifs. Deuxièmement, afin de contribuer à éliminer la nécessité de l’amplification et du marquage des acides nucléiques cibles, nous avons développé une biopuce composée de sondes APN immobilisées sur une lame de verre. Cette biopuce permettra l’utilisation d’un polymère cationique senseur d’acides nucléiques comme transducteur de l’hybridation. / Biochip technology could allow rapid multiparametric diagnosis of infectious diseases and related antimicrobial resistance genes. Two aspects of biochips were studied during this project. First, to facilitate DNA or PNA capture probes design, we studied the impact on hybridisation signal of the position targeted by the probe. We observed that the length of the target’s non-hybridised overhangs had an influence on obtained hybridisation signal and that it could be responsible for false-negatives. Second, in order to contribute to the elimination of sample nucleic acids amplification and labelling before hybridisation, we developed a biochip made of PNA probes immobilised on a glass slides. This biochip allows detection using a soluble fluorescent cationic polythiophene that acts as hybridisation transducer.

Développer de nouvelles méthodes pour l'étude des interactions entre les membranes cellulaires et diverses molécules bioactives telles que des peptides, des protéines ou des médicaments est d’une grande importance. Ces interactions sont primordiales dans l’activité de ces composés et leur meilleure compréhension pourrait permettre, entre autres, la mise au point de nouveaux médicaments, l’amélioration de leur efficacité et la diminution de leur toxicité. La spectroscopie RMN des solides est une technique de choix pour l’étude de telles interactions. Plus spécifiquement, l’utilisation de sondes membranaires est courante et permet d’accéder à de nouvelles expériences. Le projet de thèse principal porte sur la synthèse et l’étude de phospholipides monofluorés pour leur validation comme sonde membranaire modèle en RMN des solides. Le fluor possède de nombreuses caractéristiques chimiques et spectroscopiques d’intérêt pour son utilisation pour l’étude de complexes de biomolécules en spectroscopie RMN. La présente thèse rapporte d’abord les travaux de synthèse de trois nouveaux analogues monofluorés de la dimyristoylphosphatidylcholine (F-DMPC), ayant un atome de fluor sur la chaîne acyle en position 2 du glycérol, dans le but de mimer les membranes eucaryotes. L’étude des propriétés de ces trois nouveaux F-DMPC, ainsi que de trois dérivés synthétisés antérieurement, réalisée principalement en spectroscopie infrarouge et en RMN des solides, est aussi présentée. Dans l’ensemble, les résultats ont montré que l’incorporation d’un atome de fluor à la DMPC induit des perturbations significatives, mais que des mélanges F-DMPC/DMPC composés d’au maximum 25% de phospholipides monofluorés se comportent de façon similaire aux membranes de DMPC. Afin de valider ce nouveau modèle, l’orientation de deux peptides antimicrobiens au comportement connu a été estimée dans des membranes contenant 25% de F-DMPC. Pour tous les F-DMPC, la RMN de l’azote-15 a montré que l’orientation des peptides n’était pas affectée par la présence de DMPC monofluorée. De tels mélanges pourraient ainsi être utilisés comme sonde membranaire pour l’étude d’interactions entre ces membranes et différentes molécules bioactives par RMN des solides. La thèse présente aussi le développement d’une méthodologie de synthèse flexible de phosphatidylglycérols. Puisque des chaînes acyle identiques ou différentes et de longueur variée peuvent être incorporées, cette méthodologie permettra d’accéder aux F-DMPG en vue de mimer les cellules procaryotes. Le second projet de thèse porte sur l’étude de nouveaux peptides modèles afin de mettre au point un outil pour évaluer l’épaisseur des membranes biologiques. Une série de peptides analogues au peptide antimicrobien synthétique MSI-103 ayant différentes longueurs, appelés KIAn, a d’abord été synthétisée et étudiée afin d’étudier l’importance du concept de décalage hydrophobe dans la formation de pores transmembranaires et l’activité des peptides. Cette étude a démontré que la longueur est un facteur clé dans l’activité de ces peptides : ils doivent être suffisamment longs pour traverser l’épaisseur hydrophobe des bicouches lipidiques. Toutefois, dans le design de la série KIAn, les peptides plus longs sont davantage chargés et ce facteur peut aussi affecter la tendance observée. Cette thèse rapporte donc les travaux menés afin de vérifier l’influence de la charge cationique des peptides KIAn dans leur activité. Deux nouvelles séries de peptides de longueur variable (14 à 28 acides aminés) et de charge globale constante (+7), appelées KIA(7)n et KIXAn, ont été synthétisées et analysées par différentes techniques (dichroïsme circulaire, tests biologiques, spectroscopie de fluorescence, RMN de l’azote-15). Cette étude a permis de confirmer l’importance du principe de décalage hydrophobe et l’absence d’effet dû à la charge des peptides dans leur activité. Elle a ainsi permis de valider l’utilisation de ces peptides comme règle moléculaire afin d’estimer l’épaisseur des bicouches lipidiques. / The development of new methodologies to investigate interactions between cell membranes and various bioactive molecules such as peptides, proteins or drugs is of primary importance. These interactions are essential for the activity of those compounds and a better understanding would allow, among others, the development of new drugs, the improvement of their efficiency and the reduction of their toxicity. Solid-state NMR spectroscopy is a method of choice to study membranes – molecules interactions. Specifically, using membrane probes is common and allows to access new experiments. The main project within this thesis focuses on the synthesis and study of monofluorinated phospholipids for their validation as model membranes probe in solid-state NMR. Fluorine possesses numerous chemical and spectroscopic characteristics of interest for its use to study biomolecule complexes in NMR spectroscopy. This thesis reports the synthesis of three new monofluorinated analogs of dimyristoylphosphatidylcholine (F-DMPC), having one fluorine atom located on the acyl chain at position 2 of the glycerol, with the goal of mimicking eukaryotic membranes. Property studies of these three new F-DMPCs and of three previously synthesized derivatives are also presented. Overall, the results have shown that the incorporation of a fluorine atom into DMPC perturbs significantly the membrane properties, but that F-DMPC/DMPC mixtures containing 25% F-DMPC or less behave in a similar way to DMPC membranes. To validate this new model, the orientation of two antimicrobial peptides having a known behaviour in the presence of DMPC membranes has been estimated in F-DMPC/DMPC (1/3) membranes. For all F-DMPC, 15N NMR has shown that peptide orientation is not affected by the presence of monofluorinated DMPC. Such mixtures can therefore be used as membrane probes to study interactions between them and various bioactive molecules with solid-state NMR. This thesis also presents the development of a new and flexible synthetic methodology of phosphatidylglycerols. As identical or different acyl chains with various lengths can be incorporated, this methodology will allow access to F-DMPG in order to mimic prokaryotic cell membranes. The second thesis project focuses on the study of new model peptides in order to develop a new tool to evaluate biological membrane thickness. A series of peptides analogues to the antimicrobial synthetic peptide MSI-103, having various lengths and called KIAn, have first been synthesized and studied to investigate the importance of the hydrophobic mismatch in the formation of pores and in the activity of these peptides. This study showed that peptide length is a key factor in their activity: the length must be sufficient to span the hydrophobic thickness of the lipid bilayers. However, the design of KIAn peptides implies that longer peptides are more charged and this factor can also influence the observed tendency. Therefore, this thesis reports our study aimed at verifying the influence of global cationic charge of KIAn peptides on their activity. Two new peptide series of various lengths (14 to 28 amino acids) and of constant global charge (+7), called KIA(7)n and KIXAn, have been synthesized and analyzed with several techniques (circular dichroism, biological tests, fluorescence spectroscopy and 15N NMR). This study confirmed the importance of hydrophobic mismatch and the absence of charge effect in the activity of these peptides. It also validated the use of these peptides as molecular rulers to estimate the hydrophobic thickness of lipid bilayers.