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Le stress oxydatif joue un rôle prépondérant en tant que messager secondaire dans la régulation de nombreux processus cellulaires tels que l’apoptose, la survie et la prolifération et serait impliqué dans l’ensemble des étapes de la carcinogenèse pulmonaire. L’activité physique et la nutrition sont deux facteurs pouvant moduler le stress oxydatif et les mécanismes associés. La bétaïne et la C-Phycocyanine sont deux micronutriments reconnus pour avoir des effets antioxydants, anti-inflammatoires et antiprolifératifs. Récemment notre équipe a montré in vitro qu’un traitement en bétaïne et/ou la C-phycocyanine diminuait la viabilité des cellules A549 (carcinome pulmonaire). L’objectif général de ce travail de thèse était d’évaluer l’effet de facteurs nutritionnels (bétaïne, C-PC ou activité physique) sur la croissance tumorale de cellules A549 implantées chez le rat Nude et de déterminer les mécanismes sous-jacents. Dans un premier temps, nous avons étudié l’effet d’une supplémentation nutritionnelle (bétaïne ou C-phycocyanine) associée ou non à la pratique d’une activité physique volontaire (roue d’activité) sur l’équilibre redox et l’inflammation, chez des rats sains. Nous avons montré que la bétaïne et la C-phycocyanine augmentaient les défenses antioxydantes tandis que l’activité physique volontaire n’avait pas d’effet si elle n’était pas couplée à une supplémentation. Nous avons également mis en évidence que C-phycocyanine inhibait l’augmentation de Cox-2 musculaire induite par l’activité physique. Dans un second temps, nous avons étudié l’effet de la bétaïne et/ou la C-Phycocyanine sur la croissance des cellules A549 implantées chez des rats Nude. Nous avons montré que ces deux micronutriments associés ou non ralentissaient la croissance des tumeurs pulmonaires, au travers de mécanismes communs (activation de NF-kappaB, augmentation de la peroxydation lipidique et de l’expression de cytokine pro-inflammatoire (IL-1-beta, Cox-2 et TNF-alpha) au sein de la tumeur) et de mécanismes propres à chaque micronutriment. La C-phycocyanine a induit une diminution du ratio AKT phosphorylé / AKT total et une augmentation du ratio p38 phosphorylé / p38 total, mécanisme en faveur de l’apoptose et de l’autophagie. La bétaïne associée à la C-phycocyanine a augmenté le ratio caspase-3 / pro-caspase-3. Dans un dernier temps, nous avons évalué l’effet de l’activité physique volontaire sur la croissance tumorale des cellules A549 implantées chez des rats Nude. Nous avons mis en évidence que l’activité physique volontaire ralentissait la croissance des tumeurs pulmonaires induites, sans différence significative avec la bétaïne et/ou la C-phycocyanine. Il apparait que l’augmentation de la peroxydation lipidique, l’activation de la MAPK p38 et de NF-kappaB, et l’inhibition d’AKT, favorisant la mort cellulaire soient impliquées dans cette diminution tumorale. Un régime enrichi en bétaïne et/ou C-phycocyanine ralentit la croissance cellulaire d’adénocarcinome pulmonaire implanté chez le rat, suggérant leur intérêt dans l’action anti-carcinogène pulmonaire. L’activité physique semble jouer sur les mêmes mécanismes. Nos résultats méritent d’être confirmés par des protocoles à plus large échelle et suggèrent de possibles applications chez des patients porteurs de tumeurs pulmonaires. / Oxidative stress seems to play a crucial role as a secondary messenger in the regulation of several cellular processes such as apoptosis, survival and proliferation, and could be involved in all steps of the lung carcinogenesis (i.e. initiation, promotion and progression). Physical activity and nutrition are two factors able to modulate oxidative stress and associated mechanisms. Betaine and C-phycocyanin are two known micronutrients having antioxidant, anti-inflammatory and anti-proliferative effects. Previously, our team showed that betaine and/or C-phycocyanin treatment decreased the viability of A549 cells in vitro (pulmonary adenocarcinoma cell line). The main objective of this work was to evaluate the effect of nutritional factors (betaine, C-phycocyanin) or physical activity on growth of implanted A549 cells in Nude rats and to determine underlying mechanisms.Firstly, we studied the effect of nutritional supplementation (betaine or C-phycocyanin) combined or not with voluntary physical activity (wheel running) on redox balance and inflammation in healthy rats. We showed that betaine and C-phycocyanin increased antioxidant defenses, whereas voluntary physical activity did not have an effect when it was not associated with micronutrient supplementation. We also observed that C-phycocyanin inhibited physical activity-induced muscle Cox-2 activity increase.Secondly, we studied the effect of betaine and/or C-phycocyanin on growth of implanted A549 cells in Nude rats. We showed that these two micronutrients, whether associated or supplied separately, slowed down the lung tumour growth through similar mechanisms (NF-kappaB activation and increase of lipid peroxidation and expression of pro-inflammatory cytokines (IL-1beta, Cox-2 et TNF-alpha) in tumour). Also, some mechanisms were specific for each micronutrient or their combination. C-phycocyanin induced a decrease of phosphorylated AKT / total AKT ratio, and an increase of phosphorylated p38 / total p38 ratio, both mechanisms promoting apoptosis and autophagy. On the other hand, betaine associated with C-phycocyanin increased caspase-3 / pro-caspase-3 ratio.Finally, we studied the effect of voluntary physical activity on growth of implanted A549 cells in Nude rats. We showed that voluntary physical activity slowed down the lung tumour growth, without significant difference if animals were supplied with betaine or/and C-phycocyanin. It seems that the increase of lipid peroxidation, NF-kappaB and p38 activation, and AKT inhibition, all having a role in promotion of a cell death, are responsible for the tumour growth slowdown following the physical activity. In conclusion, diet enriched with betaine or/and C-phycocyanin slows down the growth of pulmonary adenocarcinoma cells implanted in rats, suggesting their interest in anti-cancer activity. Physical activity seems to act on similar mechanisms as these micronutrients. Our results have to be confirmed with further studies, but are already suggesting a potential application in lung cancer patients.

Une question fondamentale de la biologie évolutive porte sur la compréhension des mécanismes sous-tendant les processus évolutifs et l’évolution des compromis entre les traits d’histoire de vie. Parmi ces mécanismes, les télomères suscitent un intérêt particulier. Les télomères sont localisés à l’extrémité des chromosomes eucaryotes et participent à la sénescence cellulaire et au vieillissement des individus. La longueur des télomères est susceptible de donner des indications sur le mode de vie et l’état physiologique des organismes. Le but de cette thèse a été de comprendre quels sont les facteurs déterminant la longueur des télomères et leur implication dans les compromis évolutifs, ceci en établissant : si la taille des télomères est-elle héritable? Le taux de perte des télomères est-il affecté par des facteurs environnementaux? Quel lien entre les télomères, la maintenance individuelle et la qualité des individus? Il résulte de ce travail que la longueur des télomères est partiellement déterminée par les facteurs génétiques, elle semble aussi influencée par les facteurs environnementaux. En effet, le coût de la reproduction, ainsi que la modification des trajectoires de croissance, ont des effets néfastes sur la longueur des télomères. L’effet de la manipulation expérimentale de l’activité télomérase indique un lien entre les télomères et la maintenance individuelle, suggérant que les télomères sont susceptibles de donner des indications sur la qualité des individus. Ce travail de thèse montre que la dynamique des télomères est un mécanisme sous-jacent des compromis évolutifs, et présente un intérêt considérable pour la compréhension des processus évolutifs. / Evolutionary pathways through which life histories may have evolved are numerous. Consequently identifying the underlying mechanisms of those processes is crucial for our overall comprehension of the origin of life diversity. Thus, there is clearly a great potential in the study of repetitive DNA sequences that cap eukaryotic chromosomes, the telomeres. Telomeres are structures involved in cell senescence and determine the rate of ageing. They are thought to reflect more than just the effects ofage and to play an important role in linking life conditions and senescence. Indeed, telomeres could act as markers of life style and of past-historical levels of stress and inform on individuals’ current physiological quality. This thesis aims to determine whether telomeres could act as a mechanism underlying life history trade-offs by establishing the pattern of heritability of telomere length; characterising telomere length’s determinants; testing the nature of the relationship between telomerelength and individual maintenance, and ultimately with individual quality. The present work shows that telomere dynamics is determined by genetic factors, but is probably predominantly affected by lifestyle factors. As such, environmental conditions experienced during the growth period, as well as during adulthood (i.e. level of reproductive effort) have a strong impact on individuals’ telomere length. Experimental manipulation of telomerase activity showed that telomere length could be linked to individual maintenance and thus might be indicative of individual quality. Altogether, these results highlight that telomere dynamics might provide a functional link between life history traits.

Les fluctuations hydriques influencent l'activité et la viabilité des microorganismes. L’humidité relative de l’air est ainsi un paramètre potentiellement efficace pour maîtriser le développement et la persistance de microorganismes pathogènes. Cependant, l’efficacité de ce paramètre reste peu connue par rapport à d’autres facteurs environnementaux comme le pH ou la température. Le séchage est l'étape finale des procédures de nettoyage et de désinfection en industrie agroalimentaire. Cependant, il est aujourd'hui utilisé de façon empirique alors qu'il pourrait permettre d'améliorer la décontamination des surfaces dans les ateliers et diminuer la persistance des microorganismes. Malgré les procédures de nettoyage et de désinfection, la bactérie Listeria monocytogenes est fréquemment retrouvée dans l'industrie agroalimentaire et y persiste pendant de longues périodes. Evaluer et comprendre l'impact des fluctuations hydriques sur la survie de L. monocytogenes afin d'en optimiser la destruction sur une surface, constituent ainsi les principaux objectifs de cette thèse.Dans un premier temps, 30 souches de L. monocytogenes isolées de différents environnements de transformation des aliments et présentant différents sérotypes et niveaux de virulence ont été exposées à un stress hyperosmotique et à un séchage. Cette approche a permis d'analyser les différences de résistance entre les souches et de sélectionner quatre souches présentant différents profils de résistance pour poursuivre les travaux.Afin de définir les conditions de fluctuations hydriques les plus létales pour les souches de L. monocytogenes, différents paramètres ont été étudiés tels que la vitesse de déshydratation, le niveau d’humidité relative, la vitesse de réhydratation, l’application de cycles successifs de déshydratation-réhydratation et le milieu de séchage.Enfin, les mécanismes cellulaires induisant la mort de L. monocytogenes lors des fluctuations hydriques ont été explorés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, microscopie à force atomique, cytométrie en flux et par séchage en anaérobiose. Ces différentes méthodes ont permis de révéler qu'un stress mécanique et structural sont majoritairement responsables de la mort de L. monocytogenes.L’ensemble de ce travail démontre que la maîtrise du niveau et des variations de l’humidité relative de l’air est un moyen efficace pour détruire L. monocytogenes et offre de réelles perspectives d’application pour améliorer l’hygiène des ateliers de production alimentaire. / Environmental hydration fluctuations influence microorganism viability and activity. The air relative humidity (RH) is a potentially effective parameter to control the development and the persistence of pathogenic microorganisms. However, efficiency of this parameter remains not well characterized compared to others environmental factors such as pH or temperature. Drying is the final step of cleaning and disinfection processes used in the food industry. However, if this process is empirically used, it could also be used to improve the decontamination of surfaces in premises and reduce the persistence of microorganisms. Despite cleaning and disinfection, Listeria monocytogenes is commonly found in the food industry and persists during long periods. Thus, the main objective of this thesis is to evaluate and understand the impact of hydric fluctuations on L. monocytogenes survival to optimize its destruction on a surface.First, thirty L. monocytogenes strains, isolated from different food processing environment and belonging to different serotypes and levels of virulence, were exposed to hyperosmotic stress and drying process. Differences in resistances among the strains were analyzed and four strains with different resistance to hydric stress were selected to continue this study.To define the most lethal hydric fluctuation conditions for L. monocytogenes strains, various parameters, such as the dehydration kinetic, relative humidity level, the rehydration kinetic, the application of successive dehydration and rehydration cycles and drying medium, have been studied.Finally, cellular mechanisms inducing the cell death during hydric fluctuations were investigated by Fourier transform infrared spectroscopy, atomic force microscopy, and flow cytometry and anaerobic drying. These different methods revealed that mechanical and structural stresses are primarily responsible for the death of L. monocytogenes.This work demonstrates that the control of RH level and variation is an effective means for the destruction of L. monocytogenes and offers real perspectives to improve hygiene in food production premises.

Résumé Responsable de près de 7 millions de décès prématurés par an à travers le monde, la pollution atmosphérique représente un problème sanitaire mondial majeur. L’exposition humaine à la pollution particulaire dont les émissions de diesel représentent la principale source, est responsable d’une élévation de la mortalité et de l’incidence d’événements cardiovasculaires. Les mécanismes physiopathologiques sous-tendant cette toxicité aigue restent à ce jour largement méconnus. A l’aide d’une méthodologie d’exposition standardisée aux émissions de diesel, nous avons exploré les effets vasculaires périphériques et pulmonaires ainsi que les effets hémostatiques et plaquettaires secondaires à l’inhalation particulaire chez des sujets sains. L’étude dynamique de la microcirculation périphérique par Laser Doppler Imager nous a permis de démontrer une altération de la vasomotricité endothélium-dépendante induite par l’exposition aux émissions de diesel. La dysfonction observée est associée à une diminution de la biodisponibilité locale du NO ainsi qu’à une production radicalaire accrue au sein de la cellule endothéliale. Au cours d’une épreuve dynamique d’élévation du débit cardiaque par infusion de dobutamine, l’exposition aiguë aux émissions de diesel entraîne une élévation de la résistance vasculaire pulmonaire et une diminution de la distensibilité vasculaire pulmonaire mesurées par échocardiographie. Enfin, l’expression de surface des marqueurs d’activation plaquettaire CD62p (P-selectine) et CD63 est augmentée après exposition aux émissions de diesel, en corrélation avec la quantité de particules inhalées et constitue ainsi un état d’activation plaquettaire accru sans toutefois de modification de l’agrégation plaquettaire. A travers ces effets vasculaires systémiques et pulmonaires ainsi que ces effets hémostatiques, l’exposition aux émissions de diesel entraîne une toxicité cardiovasculaire aiguë, agissant en synergie, capable de déclencher la survenue d’événements cardiovasculaires.Abstract Responsible for up to 7 million deaths/year, air pollution is a major worldwide health burden. Particulate human exposure mainly originates from diesel exhaust and is associated with an increased cardiovascular mortality and an increased onset of cardiovascular events. Physiopathologic mechanisms underlying this acute toxicity remain largely unknown. We used a standardized diesel exhaust exposure protocol to explore not only the peripheral and pulmonary vascular effects, but also the hemostatic and platelet modifications in healthy subjects after particulate inhalation. Diesel exhaust exposure impairs the endothelium-dependant vasodilation during a dynamic evaluation of the peripheral microcirculation assessed by Laser Doppler Imager, whilst the endothelial independent vasodilatation remains unaffected. Vascular dysfunction is associated to a decreased local NO bioavailability and an increased endothelial reactive oxygen species production. During a dynamic cardiac stress test using continuous dobutamine infusion, acute diesel exhaust exposure induces an increased pulmonary vascular resistance associated to a decreased pulmonary vascular distensibility, both evaluated by echocardiography. Finally, platelet activation is modified after diesel exhaust exposure with an increased CD62p (P-selectin) and CD63 platelet surface expression, correlated with the total amount of inhaled particles. We observed a state of platelet activation without change in platelet aggregation. Through these multiples effects, combining systemic and pulmonary vascular impairment with platelet prothrombotic modifications, diesel exhaust exposure induces an acute cardiovascular toxicity, which can synergistically trigger acute events. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The control of phosphatidylinositol 3, 4, 5-trisphosphate [PtdIns(3,4,5)P3] level depends on the activities of both PI kinase and PtdIns(3,4,5)P3 phosphatases: 5-phosphatase like SHIP1 and SHIP2, and 3-phosphatase like PTEN. The ubiquitous SH2 domain containing inositol 5-phosphatase SHIP2 contains both a series of protein interacting domains and the ability to dephosphorylate PtdIns(3,4,5)P3. Previous reports obtained in SHIP2 deficient mice have shown that SHIP2 is involved in the control of insulin sensitivity and reducing weight gain on fatty diet. <p><p>Since SHIP2 is a lipid phosphatase as well as a docking protein, the initial aim that emerged in the lab was to measure the inositol lipid levels in SHIP2 +/+ and deficient cells and compare the levels of 3-phosphoinositides PtdIns(3,4,5)P3 and PtdIns(3,4)P2. At first, we developed mouse embryonic fibroblasts (MEF) as a cellular model. Amongst various stimuli tested, surprisingly, only serum showed an obvious difference in terms of PtdIns(3,4,5)P3 level. This lipid was significantly up regulated in SHIP2 -/- cells but only after short-term (i.e. 5-10 min) incubation with serum. The difference in PtdIns(3,4,5)P3 levels in heterozygous fibroblast cells was intermediate between the +/+ and -/- cells. Serum stimulated PI3K activity appeared to be comparable between +/+ and -/- cells. Moreover, PKB, but not MAP kinase activity, was also potentiated in SHIP2 deficient cells stimulated by serum. The up regulation of PKB activity in serum stimulated cells was totally reversed in the presence of the PI3K inhibitor LY-294002, in both +/+ and -/- cells.<p><p>Reactive oxygen species (ROS) have emerged as physiological mediators of many cellular responses. H2O2 mimics some effects of insulin in a number of cell culture systems. It also inactivates tyrosine phosphatase activities including PTEN. In addition, in Swiss 3T3 fibroblasts, Gray et al reported that exposure of the cells to H2O2 resulted a huge increase in PtdIns(3,4)P2 level. The authors suspected that the effect was attributed to a inositol 5-phosphatase activity. We thus exposed our cells to H2O2 in order to address the question of the role of SHIP2 in response to oxidative stress.<p><p>We worked on the same SHIP2 MEF model, stimulated by H2O2: at 15 min, PtdIns(3,4,5)P3 was markedly increased in SHIP2 -/- cells as compared to +/+ cells. In contrast, no significant increase in PtdIns(3,4)P2 could be detected at 15 or 120 min incubation of the cells with H2O2 (0.6 mM). PKB activity was upregulated in SHIP2 -/- cells in response to H2O2 and therefore follows the regulation of PtdIns(3,4,5)P3. As for serum, the PI3K activity appeared to be comparable between +/+ and -/- cells. The levels of PTEN and type I 4-phosphatase [an enzyme that acts on PtdIns(3,4)P2] remained unchanged between the two types of cells. SHIP2 add back experiments in SHIP2 -/- cells confirm its critical role in the control of PtdIns(3,4,5)P3 level in response to H2O2: the decrease in PtdIns(3,4,5)P3, observed in SHIP2 expressing cells, was no longer seen in cells infected with a catalytic mutant of this enzyme. <p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Background: We have recently shown that dysregulation of redox-sensitive signaling pathways and oxidative damage to biological structures are major contributors to experimental ulcerative colitis. We also demonstrated the powerful anti-oxidant and anti-inflammatory actions of dietary apple peel polyphenols (DAPP) in the intestine. Objectives: As mitochondria are major sources and target of free radicals, as well as exhibit various important cellular functions, we evaluated their roles in intestinal colitis and their responses to DAPP. Methods: Induction of intestinal inflammation in C57BL6 mice was performed by administration of 3% dextran sulfate sodium (DSS). Two different doses of DAPP (200 and 400 mg/kg/day) were administered by gavage for 10 days (before and during DSS administration) to examine the preventive and curative effects, respectively, on inflammation and oxidative stress (OxS) in the intestine, and on mitochondrial functions. Results: DSS caused a significant weight loss, shortening of the colon, increased OxS (noted by lipid peroxidation), and raised inflammation (verified by infiltration of inflammatory cells, up-regulation of MPO, and elevated TNF-α and COX2 protein expression). Furthermore, DSS induced perturbations in mitochondrial biogenesis, as reflected by alterations of the transcription factor PGC1α and mitochondrial function characterized by diminished Adenosine-5'-Triphosphate (ATP) production, lowered antioxidant defense (GPx and SOD2), amplified apoptosis (as illustrated by the high expression of Cytochrome C and AIF), and defects in DNA integrity (high 8-OHdG). However, DAPP administration improved macroscopic parameters (e.g. weight loss, colon shortening) and reduced DSS-induced clinical signs. DAPP showed an evident capability of reducing inflammation (as noted by decreased TNF-α, iNOS, COX-2 and AP-1) and OxS (as shown by reduced malondialdehyde, hydrogen peroxide levels and increased GPx) in DSS mice. Our findings also revealed that DAPP partially corrected mitochondrial dysfunction related to redox homeostasis, fatty acid β-oxidation, ATP synthesis, apoptosis and regulatory mitochondrial transcription factors (PGC1α, PPARγ and Nrf-2). Conclusion: DAPP have the ability to act on intestinal OxS, inflammation and mitochondrial dysfunction, thereby alleviating colitis progression via the modulation of cellular energy, OxS, antioxidant capacity, apoptosis and mtDNA integrity. / Contexte: L'inflammation et le stress oxydatif (OxS) participent à la pathogenèse de la colite ulcéreuse (CU). Nos résultats récents montrent que les polyphénols de la pelure de pomme (DAPP) jouent un rôle clé dans la prévention de la maladie. Objectifs: Évaluer les effets préventifs et curatifs du DAPP sur la CU et démontrer leur impact sur la dysfonction mitochondriale. Méthode: Une induction de l’inflammation intestinale a été effectuée chez des souris par administration du dextran sulfate sodium (DSS). Des doses de DAPP (200 et 400 mg/kg/j) ont été administrées par gavage pendant 10 jours afin d’évaluer les effets préventifs et curatifs, respectivement, sur l’Inflammation et le OxS au niveau intestinal ainsi que sur les fonctions mitochondriales. Résultats: Le DSS a provoqué une perte de poids, un raccourcissement du côlon, une augmentation du stress oxydant, niveaux de malondialdéhyde et une inflammation documentée par l’infiltration des cellules inflammatoires, la myéloperoxydase et les cytokines inflammatoires. D’autre part, le DSS a induit des désordres au niveau de la biogenèse (PGC1α) et des fonctions de la mitochondrie : diminution de l’ATP, altération des enzymes antioxydantes (SOD2 et GPX1), augmentation de l’apoptose (Bcl 2, Bax et Cytochrome C), et des défauts de l’intégrité de l’ADN (baisse d’OGG1). Cependant, le DAPP a amélioré significativement l’inflammation et le stress oxydant de l’intestin tout en corrigeant les aberrations mitochondriales. Conclusions: Les polyphénols ont la capacité d’agir sur le stress oxydant et le profil inflammatoire de l’intestin ainsi que sur le dysfonctionnement mitochondrial. Ils pourraient donc intervenir efficacement dans la CU.

Dans le contexte actuel, il devient nécessaire de rendre les alternatives au pétrole, tel que le bioéthanol 2G, disponibles à grande échelle. Cependant, l’étape d’hydrolyse par les enzymes de Trichoderma reesei reste un verrou à un procédé économiquement stable et rentable. Ces travaux de thèse, s'intègrent dans le cadre du projet Futurol et ont pour objectifs d'identifier et de caractériser de nouvelles enzymes fongiques pour améliorer l'hydrolyse de la biomasse lignocellulosique. A partir des données protéomiques disponibles pour Podospora anserina et Fusarium verticillioides, une douzaine d'enzymes candidates ont été identifiées dans leurs sécrétomes. Ce travail de thèse s'est plus particulièrement focalisé sur les AA9s « Lytic Polysaccharide Monooxygenases » (LPMOs) de P. anserina. Parmi les LPMOs étudiées, PaLPMO9A, PaLPMO9E et PaLPMO9H, qui possèdent un CBM1, sont les plus actives sur la cellulose. La détermination de la régiosélectivité d'action a mis en évidence que PaLPMO9A et PaLPMO9H clivent la cellulose en position C1 et C4 alors que la PaLPMO9E génère uniquement des produits oxydés en C1. La PaLPMO9H est la plus versatile puisqu’elle est active sur les cello-oligosaccharides solubles et sur les polysaccharides hémicellulosiques liés en β-(1,4) (i.e., xyloglucane, glucomannane). La supplémentation du cocktail de T. reesei avec PaLPMO9E ou PaLPMO9H a permis de doubler les rendements d'hydrolyse du miscanthus prétraité. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont permis de démontrer l'importance de ces enzymes oxydatives dans les phénomènes de déconstruction de la lignocellulose chez les champignons filamenteux. / In the current context, it becomes essential to make alternative to oil, such as the 2G bioethanol, available at large scale. However, the hydrolysis step by Trichoderma reesei enzymes remains the major bottleneck for an economically sustainable process. The present work is part of the Futurol project, and aims at identifying and characterizing new fungal enzymes to improve the hydrolysis of lignocellulosic biomass. From the proteomic data available for Podospora anserina and Fusarium verticillioides, a dozen of interesting enzymes were identified in their secretomes. This work focuses, mainly, on the AA9s « Lytic Polysaccharide Monooxygenases » (LPMOs) from P. anserina. Among all the LPMOs studied, PaLPMO9A, PaLPMO9E and PaLPMO9H that harbored a CBM1 were the most active on cellulose. Investigation of their regioselective mode of action revealed that PaLPMO9A and PaLPMO9H oxidatively cleaved at both C1 and C4 positions while PaLPMO9E released only C1-oxidized products. PaLPMO9H that was the most versatile in terms of substrate specificity as it also displayed activity on cello-oligosaccharides and β-(1,4)-linked hemicellulose polysaccharides (e.g., xyloglucan, glucomannan). The hydrolysis yield of the pretreated miscanthus was significantly improved up to 2 fold, when the PaLPMO9E, or PaLPMO9H were supplemented to the T. reesei cocktail. This work demonstrated the importance of these oxidative enzymes for lignocellulose deconstruction by fungi. These biocatalysts open new prospects to improve the enzymatic conversion of plant biomass for 2G bioethanol production.

Le vieillissement est un processus complexe déterminé par des facteurs génétiques et environnementaux qui varie d’un individu à l’autre. Bien que le vieillissement soit la cause principale de nombreuses maladies, nos connaissances sur le sujet sont relativement limitées. Tout au long de ce travail, j’ai utilisé la levure bourgeonnante Saccharomyces cerevisiae pour identifier les facteurs génétiques et environnementaux influant sur le vieillissement et pour comprendre les interactions qu’ils entretiennent entre eux. Jusqu’à présent, les approches classiques de génétique ont permis de découvrir un certain nombre de gènes impliqués dans la régulation du vieillissement chronologique de la levure (CLS), basé sur la longévité de celle-ci en conditions non-prolifératives. Or, ces approches se sont essentiellement centrées sur des souches de laboratoire et n’ont que très peu exploité les richesses de la biodiversité. Dans une première partie, j’ai utilisé une large cohorte de levures composée de plus de 1000 souches naturelles de S. cerevisiae afin d’estimer la variabilité de longévité existant au sein de l’espèce. Leur longévité a été étudiée dans différentes conditions connues pour freiner le vieillissement : sous restriction calorique ou en présence d’un agoniste de la restriction calorique, la molécule rapamycine, qui inhibe directement la voie de signalisation TOR. Les microorganismes passent la majeure partie de leur vie dans des environnements défavorables, pauvres en ressources nutritives. Leur capacité à survivre à ces périodes de restriction (CLS) est donc primordiale. J’ai observé que les souches sauvages ont tendance à spontanément initier le programme de méiose aboutissant à la formation de spores lorsque les conditions environnementales deviennent restreintes. En revanche, les souches domestiques préfèrent entrer en quiescence, ce qui leur confère une viabilité et une résistance accrues. De plus, en ayant recours à une approche basée sur des gènes présélectionnés et à une étude d’association pangénomique, j’ai observé que la variabilité de longévité entre les différentes souches est déterminée par un large spectre de polymorphismes génétiques, tels que des mutations non-synonymes ou non-sens, et par l’absence ou la présence de certains gènes. Toutes ces composantes génétiques interagissent pleinement avec l’environnement. Dans une deuxième partie, j’ai réalisé une analyse de liaison génétique grâce à 1056 souches descendantes de deux souches parentales. La longévité (CLS) de ces 1056 souches a été mesurée dans le but d’identifier des locus de caractères quantitatifs (QTLs). Le vieillissement chronologique a été déterminé à la fois à partir d’un milieu riche, d’un milieu restreint en calories, ou en présence de rapamycine. J’ai identifié 30 QTLs distincts, certains d’entre eux sont communs et récurrents dans plusieurs environnements, tandis que d’autres sont plus spécifiques et occasionnels. Les deux QTLs principaux, associés aux gènes HPF1 et FLO11, codent tous deux des protéines du mur cellulaire, et sont jusqu’à présent non reconnus comme régulateurs du vieillissement. Etonnement, ces deux gènes contiennent des répétitions d’ADN en tandem qui s’avèrent être massivement amplifiées dans une des deux souches parentales d’origine. Alors que les allèles courts de HPF1 et FLO11 n’ont pas d’effet sur le vieillissement, les allèles longs sont relativement délétères, hormis en présence de rapamycine. Après investigation, il semble que la forme allongée de HPF1 provoque la flottaison des cellules de levure au cours de la phase de croissance, les exposants à des taux plus élevés d’oxygène. / Aging is a classical complex trait varying quantitatively among individuals and affected by both the genetic background and the environment. While aging is the highest risk factor for a large number of diseases, little is known about the underlying molecular mechanisms. Identifying the causal genetic variants underlying natural variation in longevity and understanding their interaction with the genetic background and the environment remains a major challenge. In this work, I used the budding yeast, Saccharomyces cerevisiae, to identify environmental and genetic factors contributing to aging. While extensive classical genetic studies discovered several genes involved in the regulation of chronological lifespan (CLS), which measures cell viability dynamic in non-dividing condition, using laboratory strains in standard conditions, there are only few studies exploiting variations in natural populations. In the first part, I used a large cohort of more than 1000 sequenced natural S. cerevisiae strains to provide a species-wide overview of CLS variability. Longevity was measured in different environments, including calorie restriction (CR), a natural intervention known to increase lifespan, and in the presence of rapamycin (RM), a drug that mimics CR by downregulating the TOR pathway. Unicellular microorganisms spend most of their lifetime in harsh restricted environments interrupted by short windows of growth, making CLS an important and likely adaptive trait. I found that wild strains subjected to CLS tend to trigger the meiotic developmental process leading to the formation of gametes wrapped into a very resistant cell wall. In contrast, domesticated strains tend to enter quiescence state when starved and display a tremendous variability in their survival capacity. Moreover, using both candidate gene approach and genome-wide association studies (GWAS), I demonstrated that variability in CLS is determined by a full spectrum of genetic variant that include gene presence/absence, copy number variation, non-synonymous SNPs and loss of function. All these genetic features were strongly regulated by the environment. In the second part, I performed linkage analysis using 1056 diploid segregants derived from a two parent advanced intercross. These 1056 diploid segregants were phenotyped for CLS to map quantitative trait loci (QTLs). The CLS was measured in complete media, CR and RM environments across multiple time points. I mapped 30 distinct QTLs, with some shared across different environments and time points, while others were unique to a specific condition. The two major effect size QTLs were linked with natural variation in the cell wall glycoproteins FLO11 and HPF1, previously unknown to regulate CLS. Interestingly, both genes presented massive intragenic tandem repeat expansions in one of the founder strain used in the crossing scheme. While the short versions of FLO11 and HPF1 alleles did not impact CLS, tandem repeat expansions within those genes were sufficient to confer a dominant detrimental effect that was partially buffered by rapamycin treatment. Further investigation revealed that the extended form of HPF1 makes cells floating during exponential phase, exposing them to higher oxygen rates, and leading to perturbation of redox homeostasis, activation of misfolded protein response, and alteration of multiple genes involved in methionine, ribosome and lipid biosynthesis, eventually contributing to CLS shortening. Taken together, my work provided an unprecedented overview of natural variation in CLS in a genetic model system and revealed multiple genetic and environmental factors that shape the species phenotypic variation.