L'industrie biopharmaceutique voit la plupart des thérapies basées sur les anticorps monoclonaux passer du statut de blockbuster à un marché de niche et personnalisé, dans un monde globalisé. Pour poursuivre le développement de nouveaux médicaments, les installations de production existantes et futures doivent accroître leur flexibilité et leur productivité. La chromatographie multi-colonne est l'un des outils potentiels pour y parvenir, comme elle l’a été au cours des dernières décennies pour la pétrochimie et l'industrie alimentaire. En parallèle, l'étape de capture protéine A reste incontournable pour toutes les lignes industrielles de purification grâce à sa spécificité et sa capacité à atteindre facilement un haut niveau de pureté en une seule étape. Ce travail de recherche est une évaluation des procédés de chromatographie multi-colonnes combinés à l'étape de capture protéine A pour augmenter la productivité et l'applicabilité des plateformes de purification actuelles aux activités de production clinique et commerciale. Dans chaque partie du travail, la technologie des colonnes de chromatographie pré-packées a été évalué en tant que facilitateur de procédé multi-colonnes, libérant les équipes opérationnelles des activités de package et des infrastructures associées. Un premier chapitre décrit la traditionnelle revue de la littérature et l'état actuel des connaissances dans le domaine concerné, ainsi qu'une description théorique de la chromatographie en général, et des processus multi-colonnes en particulier. Dans un deuxième chapitre, plusieurs résines protéine A récentes, disponibles sur le marché, ont été comparées dans le cadre de deux procédés multi-colonnes –la chromatographie séquentielle sur plusieurs colonnes (SMCC) et le procédé par Batch Parallèle– et comparées à un procédé traditionnel mono-colonne. Sur la base d'un logiciel de simulation et d'optimisation, les deux processus proposés ont été comparés en termes de gains et de performances. Des recommandations sur la résine et le type de procédé à choisir ont été proposées. Dans un troisième chapitre, l'impact des procédés multi-colonnes sur la qualité et la pureté résultante a été abordé par plusieurs séries d'expériences. L'impact de l'organisation séquentielle d'un processus SMCC a été évalué. L'impact du temps de séjour sur les étapes de lavage et d'élution a également été évalué, afin d'accélérer potentiellement l'étape de capture. Troisièmement, l'impact de la saturation de la résine sur la conception de l'étape de lavage a été évalué. Finalement, des études de cycling ont été réalisées pour détecter si les différents processus multi-colonnes avaient un impact différent sur la durée de vie et les performances de la résine. Dans un quatrième chapitre, un outil de calcul simplifié a été conçu pour proposer un dimensionnement simple des procédés multi-colonnes, tenant mieux compte des contraintes de production de Merck. Cet outil a été utilisé pour évaluer la performance des procédés Batch Parallèle pour deux études de cas. Enfin, dans un chapitre plus exploratoire, l'outil simplifié développé précédemment a été adapté pour évaluer la faisabilité et les contraintes principales des étapes de capture en continu, caractérisées soit par une étape de chargement continu, soit par une étape d'élution continue / The biopharma industry sees most of the therapeutics based on monoclonal antibodies shifting from the blockbuster status to a niche and personalized market, in a globalized world. To continue the development of new drugs, existing and future production facilities have to increase in flexibility and productivity. Multi-column chromatography is one of the potential tools to make that happen, as the technology did in the last decades for the petro and for the food industries. In parallel, the protein A capture step remains a must for all purification trains of the industrial manufacturing capacities due to its specificity and capability to easily reach a high level of purity in a single step. This research work is an evaluation of the multi-column chromatography processes combined with the protein A capture step to increase the productivity and the applicability of current purification platforms for clinical and commercial manufacturing activities. In every part of the work, prepacked chromatography columns have been evaluated as an enabler of multi-column processes, freeing the operational teams from the packing activities burden and associated infrastructures. A first chapter describes the traditional literature review and current state-of-the-art in the relevant field, together with a theoretical description of chromatography in general, and multi-column processes in particular. In a second chapter, several recent, commercially-available protein A resins have been compared when involved in 2 multi-column processes: the Sequential Multi-Column Chromatography (SMCC) process and the Parallel Batch process, and compared to a traditional mono-column process. Based on a simulation and optimization software, both processes proposed have been compared in terms of gains and performance. Recommendations on the resin and the type of process to be selected have been proposed. In a third chapter, the impact of multi-column processes on the resulting quality and purity has been addressed through several sets of experiments. The impact of the sequential organization of an SMCC process has been evaluated. The impact of the residence time on the washing and the elution steps has also been evaluated, in order to potentially speed-up the capture step. Third, the impact of the resin saturation on the design of the washing step has been assessed. Eventually, cycling studies have been performed to detect if the different multi-column processes were impacting differently the resin’s lifetime and performance. In a fourth chapter, a simplified calculation tool has been designed to propose simple sizing of multi-column processes, accounting more accurately for Merck’s production constraints. This tool has been used to evaluate the performance of Parallel Batch processes for 2 case-studies. Eventually, in a more exploratory chapter, the simplified tool previously developed has been adapted to evaluate the feasibility and the primary constraints of continuous capture steps, characterized by either a continuous loading step or a continuous elution step

Le cytosquelette bactérien des homologues d’actine (protéines de la famille MreB) joue un rôle majeur dans la morphogénèse cellulaire. Des homologues de MreB sont retrouvés chez la plupart des espèces bactériennes non sphériques, où ils sont essentiels pour la viabilité cellulaire. Les bactéries à Gram-positif ont généralement plusieurs isoformes. L’organisme modèle Bacillus subtilis en possède trois : MreB, Mbl et MreBH, tous trois impliqués dans la détermination de la forme de la cellule. Le postulat actuel est une organisation, des complexes de synthèse du peptidoglycane, le long des parois latérales par les filaments hélicoïdaux des MreB-like. Cependant, les mécanismes moléculaires et les protéines effectrices impliqués dans cette fonction ne sont pas encore élucidés. Par analogie avec les rôles de l’actine eucaryote, des implications dans d’autres processus cellulaires cruciaux et la présence de partenaires protéiques sont également attendus pour les actines procaryotes. Afin d’explorer les rôles des protéines MreB chez B. subtilis nous avons généré, par des criblages génomiques double hybride chez la levure, un réseau d’interaction protéine-protéine centré sur MreB, Mbl et MreBH. Une vérification systématique et drastique de toutes les interactions obtenues lors des criblages a été réalisée afin d’éliminer les faux positifs. Les interactions identifiées révèlent des liens entre les protéines MreB-like et seize protéines issues de catégories fonctionnelles variées ou de fonction inconnue. Une étude exploratoire a été menée pour huit des protéines partenaires par des approches in silico et in vivo et nous a permis de sélectionner une seule interaction à caractériser plus en détail. Nous nous sommes principalement intéressés à l’interaction physique et directe entre MreB et DapL, une protéine essentielle vraisemblablement impliquée dans la voie de biosynthèse des précurseurs du peptidoglycane, par analogie à DapE d’E. coli. La caractérisation approfondie de DapL a confirmé son essentialité dans la synthèse du peptidoglycane. Bien que l’interaction MreB-DapL ait été confirmée biochimiquement, son rôle biologique exact n’a pas été élucidé. Cependant, nous avons mis en évidence d’autres interactions entre MreB et DapG, LysA et MurE, des enzymes également impliquées dans les étapes précoces de la synthèse du peptidoglycane. L’existence de telles interactions renforce le rôle du cytosquelette MreB de B. subtilis dans l’orchestration des machineries de synthèse de la paroi cellulaire. / Bacterial actin homologues (MreB proteins) play a major role in cell morphogenesis in non-spherical bacteria. The prevailing model postulates that helical, membrane-associated MreB-like filaments organize elongation-specific peptidoglycan-synthesizing complexes along the sidewalls. However, the mechanistic details, as well as the effector proteins of MreBs morphogenetic function, remain to be elucidated. MreB proteins are also involved in DNA segregation, cell polarity, cell motility and, by analogy to eukaryotic actins, possibly in other functions that require the targeting and accurate positioning of proteins and molecular complexes in the cell. Gram-positive bacteria usually have more than one MreB isoform. Our model organism, Bacillus subtilis, has three called MreB, Mbl and MreBH. To explore the roles of the MreB cytoskeleton in B. subtilis, we used genome-wide yeast two-hybrid screens to identify proteins that physically associate with MreB, Mbl and MreBH. Stringent specificity assays were systematically performed to remove false positives and confirm the specificity of all potential interactions identified in the screens. A protein-protein interaction network centered on the three MreBs was generated which includes 16 protein partners. This interaction network provides insights into the links of MreB proteins with proteins belonging to several functional categories as well as proteins of unknown function. An exploratory study was conducted in silico and in vivo for 8 of the partner proteins identified in the network and allowed us to select one interaction for a more in-depth analysis. We next focused in the physical interaction between MreB and DapL, an essential protein presumably involved in the early steps of peptidoglycan biosynthesis. The characterization of DapL confirmed its essential role in cell wall synthesis. The MreB-DapL interaction was confirmed biochemically and we showed that MreB also associates with other proteins involved in the synthesis of the PG precursors (DapG, LysA and MurE). Together, these results suggest that B. subtilis MreB orchestrates the PG biosynthetic cytosolic machineries to achieve and maintain its rod shape.

Le glioblastome multiforme (GBM) est une tumeur cérébrale extrêmement agressive associée à un mauvais pronostic. C'est pourquoi, il apparaît nécessaire d'identifier les mécanismes moléculaires participant au développement des GBM ainsi qu'à leurs résistances aux traitements afin de développer de nouvelles approches thérapeutiques. Récemment, il a été montré que les régulations traductionnelles jouent un rôle fondamental dans les propriétés agressives du GBM. Les protéines de liaison à l'ARN (RBP) sont des acteurs majeurs de ces régulations dont l'expression/activité est altérée dans les GBM. Les RBP hnRNP HF (HF) font partie des RBP les plus surexprimées dans les GBM et leur contribution dans la régulation traductionnelle des GBM n'a encore jamais été investiguée. Nous avons émis l'hypothèse que hnRNP H et hnRNP F soient au centre d'un réseau de régulations post-transcriptionnelles impactant la machinerie traductionnelle qui contrôle le développement tumoral et la résistance aux traitements des GBM. Nos résultats montrent qu'HF régulent la prolifération et la réponse aux traitements car leur perte d'expression (i) diminue la prolifération des GBM (modèle cellulaire, sphéroïde et xénogreffes in vivo), (ii) active les voies de réponse aux dommages à l'ADN et (iii) sensibilise les cellules de GBM aux irradiations. De plus, nous avons identifié un nouveau rôle pour HF en tant que régulateurs de la traduction. En effet, nos données montrent que les hnRNP HF contrôlent la traduction d'un ensemble d'ARNm en régulant l'expression et l'activité de facteurs d'initiation ainsi qu'en collaborant avec des ARN hélicases partenaires en ciblant des ARNm impliqués dans des processus reliés au développement tumoral et la résistance aux traitements possédant des structures secondaires G-quadruplexe dans leurs 5'UTR. Les données que nous avons générées suggèrent que hnRNP H et hnRNP F sont des régulateurs traductionnels essentiels au développement tumoral et à la résistance aux traitements des GBM. / Glioblastoma multiforme (GBM) is one of the most aggressive brain tumors with poor prognosis. Understanding the molecular mechanisms involved in the development and resistance to treatments of gliomas could improve treatment efficiency. Recently, it has been demonstrated that translational regulations play a key role in the GBM aggressivity. RNA binding proteins (RBP) are major regulators of these processes and have altered expression / activity in GBM. The RBP hnRNP H and hnRNP F (HF) are among the most overexpressed RBP in GBM and their role in GBM translational regulation has never been investigated yet. We hypothesize that HF are at the core of a post-transcriptional regulation network which impacts the translational machinery that controls GBM tumor development and resistance to treatment. We have demonstrated that hnRNP H and hnRNP F regulate proliferation and response to treatment because their depletion (i) decreases the GBM proliferation (cell line model, spheroid and in vivo xenografts), (ii) activates the DNA damage response pathways and (iii) sensitizes the GBM cells to irradiation. We have identified HF as new regulators of GBM translation. Indeed, our data show that hnRNP H and hnRNP F control mRNA translation by regulating expression/activity of initiation factors and in collaboration with RNA helicases by targeting mRNA involved in oncogenic processes and containing secondary structures called G-quadruplex in their 5'UTR. The data that we have generated suggest that HF are essential translational regulators involved in tumor development and resistance to treatment in GBM.

Les gouttelettes lipidiques (GL) sont des organites intracellulaire qui jouent un rôle central dans le métabolisme des lipides. Elles sont également impliquées dans des maladies telles que l'obésité ou le diabète. Les GL ont une structure unique : une monocouche de phospholipides (PL) qui entoure un cœur de lipide neutre composé de triglycérides (TAG) et d'esters de cholestérol (CE). Certaines protéines sont recrutées sur les GL mais également à la surface d'autres organites, alors que d'autres protéines ciblent spécifiquement la surface des GL. Il a été montré que quelques une de ces protéines seraient sensibles à une haute tension de surface, soit une augmentation de l'aire par lipide, dans des GL reconstituées. Comment les propriétés de surface d'une GL diffèrent d'une membrane ? Comment la surface d'une GL répond à l'augmentation de la tension de surface ?Comment les protéines interagissent avec la surface des GL ? Nous avons réalisé des simulations de dynamique moléculaire atome-unifié de système tricouche qui mime la surface d'une GL afin de caractériser les propriétés de surface de cet organite. Plusieurs simulations ont été effectuées à différentes tension de surface en augmentant l'aire par lipide. Les propriétés de surface ont été caractérisées en terme de défauts de \textit{packing} (i.e. vides interfaciaux à l'interface membrane/eau). Aucune différence n'a été observé avec une bicouche à l'équilibre. Cependant, la tension de surface promeut l'insertion de lipides neutres dans la monocouche et augmente significativement les défauts de \textit{packing}. Des simulations préliminaires sur l'interaction d'une protéine modèle, la périlipine 4, qui se lie aux GLs \textit{in vivo} via une longue hélice amphipathique 11/3 ont été faites. Les premiers résultats montrent que la protéine adopte une structure plus flexible dans une interface huile/eau que dans une interface membrane/eau. Des essais de dimérisation montrent que la répartition des résidus chargés serait importante pour le processus d'oligomérisation. Pris globalement, ces résultats apportent une compréhension moléculaire quantitative sur l'effet de la tension de surface sur la monocouche de GL et des résultats préliminaires sur l'interaction protéine/GL. Notre travail constitue une première étape vers la description du comportement et de la structure des propriétés de surface des GL et peut être utile à la compréhension du ciblage protéique vers la surface de GL. / Lipid droplets (LD) are intracellular organelles that have a central role in lipid metabolism andimplication in diseases such as obesity and diabetes. LDs have a unique architecture: aphospholipid (PL) monolayer that surrounds a neutral lipid core composed of triacylglycerols (TAG)and cholesteryl esters (CE). Some proteins are recruited both to LDs and to other cellularorganelles, whereas others are targeted specifically to the surface of LDs. It has been shown thatsome of these proteins could be sensitive to a high surface tension (ST), increase in the area perlipid, in reconstituted LD. How do surface properties differ between a membrane and an LD? Howdoes the LD surface respond to an increase in ST? How do proteins interact with LDs? Weperformed united-atom molecular dynamics simulations on trilayer systems that mimic the LDsurface to investigate the surface properties of this organelle. Several simulations were performedat different ST by increasing the area per lipid. Surface properties were characterized in terms ofpacking defects (i.e interfacial voids at the membrane-water interface). No difference was observedwith a bilayer at equilibrium. However, high ST promoted the insertion of neutral lipids into themonolayer and a significant increase of packing defects. Preliminary simulations has been done oninteraction of a model protein called perilipin 4, which binds to LDs \textit{in vivo} using a long 11/3amphipathic helix. The first results show that the protein adopts a more flexible conformation on oilwaterinterface than in bilayer-water interface. Attempts of dimerisation show that the localization ofthe charged residues may be involved in the oligomerisation process. Taken together, our resultsprovide a quantitative molecular understanding of how ST affects the LD surface and preliminaryresults on protein-LD interaction. Our work constitutes a first step towards characterizing thebehavior and structure of LD surface properties and will be useful for a better understanding onhow some specific proteins are targeted to LD.

Le système d’expression le plus utilisé pour la production des protéines membranaires, est le système basé sur l’ARN polymérase T7 (ARNpol T7) (Hattab et al., 2015). L'inconvénient de ce système est néanmoins que la vitesse de transcription de l’ARNpol T7 est dix fois plus rapide que celle de l’enzyme bactérienne. Depuis l’isolement de mutants spontanés, notamment C41 (DE3) et C43 (DE3) (Miroux et Walker, 1996) et l’identification de leurs mutations dans le génome, il apparaît clairement que la toxicité provoquée par la surproduction des protéines membranaires est liée à la quantité trop élevée d’ARNpol T7 dans la cellule (Wagner et al., 2008 ; Kwon et al., 2015). Les protéines membranaires ont besoin d’une vitesse de transcription/traduction plus basse pour se replier correctement dans la membrane de la bactérie. Le premier objectif de ma thèse était d’étendre l’amplitude du promoteur du système T7 sur laquelle est basée l’expression des protéines. Pour cela, nous avons isolé et caractérisé de nouvelles souches bactériennes dans lesquelles le niveau d’ARNpol T7 était efficacement régulé par un mécanisme non transcriptionnel très favorable à l’expression des protéines membranaires (Angius et al., 2016). Le deuxième objectif était de comprendre la prolifération des membranes intracellulaires chez E. coli suite à la surexpression de la protéine AtpF, une sous unité membranaire du complexe de l’ATP synthétase (Arechaga et al., 2000). Pour mieux comprendre les voies métaboliques impliquées dans la biogenèse, la prolifération et l’organisation des membranes, nous avons utilisé une approche de séquençage d’ARN à haut débit à différents temps après induction de la surexpression de la sous-unité AtpF dans la souche C43 (DE3). Ensuite, et en collaboration avec Gerardo Carranza and Ignacio Arechaga (Université de Cantabria, Espagne), nous avons construit et étudié des mutants de C43 (DE3) déficients pour les trois gènes codants pour des enzymes de la biosynthèse des cardiolipides afin d’évaluer leur participation dans la biogénèse des membranes intracellulaires / The most successful expression system used to produce membrane proteins for structural studies is the one based on the T7 RNA polymerase (T7 RNAP) (Hattab et al., 2015). However, the major drawback of this system is the overtranscription of the target gene due to the T7 RNAP transcription activity that is over ten times faster than the E. coli enzyme. Since the isolation of spontaneous mutants, namely C41(DE3) and C43(DE3) (Miroux and Walker, 1996) and the identification of their mutation in the genome, it becomes clear that reducing the amount of the T7 RNAP level removes the toxicity associated with the expression of some membrane proteins (Wagner et al., 2008; Kwon et al., 2015). Also, some membrane proteins require a very low rate of transcription to be correctly folded at the E. coli membrane. The first objective of my PhD was to extend the promoter strength coverage of the T7 based expression system. We used genetic and genomic approaches to isolate and characterize new bacterial strains (Angius et al., 2016) in which the level of T7 RNAP is differently regulated than in existing hosts. A second objective was to understand intracellular membrane proliferation in E. coli. Indeed it has been shown that over-expression of membrane proteins, like overexpression of AtpF of E. coli F1Fo ATP synthase is accompanied by the proliferation of intracellular membranes enriched in cardiolipids (Arechaga et al., 2000). To understand metabolic pathways involved in membrane biogenesis, proliferation and organization, we used a RNA sequencing approach at several time point upon over-expression of the F-ATPase b subunit in C43(DE3) host. On the other hand, in collaboration with Gerardo Carranza and Ignacio Arechaga (University of Cantabria, Spain) we studied C43(DE3) cls mutants, in which the cardiolipids genes A, B and C are deleted, to test how they participate to intracellular membranes structuration

L’émergence récente de nouvelles thérapies antivirales efficaces est une avancée considérable pour lutter contre l'infection chronique par le virus de l'hépatite C (VHC). Cependant, un pic de carcinomes hépatocellulaires, représentant l'atteinte hépatique ultime liée à l'infection, est attendu dans la prochaine décennie. Approfondir les connaissances des différentes étapes du cycle viral et de l’interférence du VHC avec l'hépatocyte hôte permet de mieux comprendre la pathogénèse associée à ce virus. Les travaux présentés dans cette thèse ont eu pour objectif d'identifier le réseau de partenaires cellulaires et viraux de la protéine non-structurale NS2 du VHC et de mieux comprendre les mécanismes d'action et de régulation de cette protéine transmembranaire multi-fonctionnelle, qui est un acteur clé du clivage protéolytique de la polyprotéine virale et de la morphogénèse des virions. Dans une première partie, nous avons analysé comparativement les mécanismes moléculaires de l’activité enzymatique des protéines NS2 du VHC et de plusieurs hepacivirus non-humains, qui infectent des primates du Nouveau Monde (GBV-B) ou qui ont été récemment identifiés chez plusieurs autres espèces animales (NPHV, RHV, BHV et GHV). Des analyses phylogénétiques, des modèles structuraux tridimensionnels et des Études dans un contexte d'expression transitoire de précurseurs polypeptidiques viraux ou dans des modèles d'infection ont montré que l’activité des protéases NS2 de divers hepacivirus (1) s'exerce à la jonction NS2/NS3 sous la forme d'homodimères formant deux triades catalytiques composites ; (2) est régulée dans le contexte de la polyprotéine virale par quelques résidus de surface du domaine N-terminal de NS3 (NS3N) nécessaires à son activation ; (3) est efficace en l'absence complète de NS3N, suggérant un rôle négatif ou régulateur, plutôt qu'activateur de NS3N, contrairement au dogme en vigueur actuellement. Ces travaux soulignent l'importance fonctionnelle des mécanismes protéolytiques de NS2 conservés parmi les différents hepacivirus. Dans une deuxième partie, nous avons identifié un réseau de facteurs cellulaires et viraux interagissant avec NS2 au cours du cycle infectieux par un crible interactomique reposant sur la purification par affinité et l'analyse par spectrométrie de masse des complexes protéiques isolés de cellules hépatocytaires infectées, ainsi que par un test de complémentation enzymatique fonctionnelle. Par une approche d'ARN interférence, nous avons ensuite montré qu'un nombre limité de facteurs cellulaires interagissant avec NS2 sont impliqués dans la production et la sécrétion de particules virales infectieuses, incluant des protéines du complexe de la peptidase signal (SPCS) au sein du réticulum endoplasmique, des protéines chaperonnes (DNAJB11, HSPA5) et une protéine impliquée dans le transport intracellulaire (SURF4). Notamment, nos Études suggèrent que plusieurs membres du SPCS forment un complexe multi-protéique avec NS2, impliquant Également la glycoprotéine virale E2, qui jouerait un rôle dans une Étape précoce de l'assemblage ou lors de l’enveloppement de la particule virale. En conclusion, mes travaux de thèse ont permis d'identifier pour la première fois une série limitée de facteurs hépatocytaires interagissant spécifiquement avec la protéine NS2 du VHC au cours de l'infection et de déterminer parmi ceux-ci les facteurs essentiels la morphogenèse virale. Par ailleurs, nos résultats ont permis d’enrichir les connaissances naissantes des hepacivirus non-humains récemment identifiés et de montrer que ceux-ci partageaient avec le VHC des mécanismes clés mis en jeu au cours du cycle viral, ce qui contribue consolider leur intérêt comme modèles animaux de substitution. / The recent emergence of a panel of direct acting antivirals will certainly help combat chronic hepatitis C in the future. However, in the current context worldwide, a peak of hepatitis C virus (HCV)-induced hepatocellular carcinoma is expected in the next decade. Deepening our understanding of HCV life cycle and HCV interference with host cells may help monitor HCV-associated pathogenesis. The aim of my PhD work was to identify the network of host and viral interactors of HCV nonstructural protein 2 and to unravel the mechanisms of action and regulation of this multifunctional, transmembrane protein, which is key both for the viral polyprotein cleavage and virion morphogenesis.In the first part of the work, we comparatively characterized molecular mechanisms underlying the enzymatic activity of NS2 proteins from HCV and from various non-human hepaciviruses that infect small New World primates (GBV-B) or that were recently identified in the wild in several mammalian species (NPHV, RHV, BHV, GHV). A combination of phylogenetic analyses, tridimensional structural models, and studies relying on the transient expression of viral polypeptide precursors or on infection models showed that NS2 proteases of the various hepaciviruses (1) act as dimers with two composite active sites to ensure NS2/NS3 junction cleavage, (2) are regulated in the polyprotein backbone via a hydrophobic patch at the surface of NS3 N-terminal domain (NS3N) that is essential to activate NS2 protease, and (3) are efficient in the complete absence of NS3N, which is unprecedented and suggests that NS3N has rather a negative or regulating role on NS2 activity. These data underline the functional importance of NS2 proteolytic mechanisms that are conserved across hepaciviruses.In the second part, we identified a network of cellular factors and viral proteins that interact with NS2 in the course of HCV infection using an interactomic screen based on affinity purification and mass spectrometry analysis of protein complexes retrieved form HCV infected hepatoma cells, as well as a split-luciferase complementation assay. Next, using a gene silencing approach, we found that a limited set of NS2 interactors among these host factors were involved in HCV particle assembly and/or secretion. This includes members of the endoplasmic reticulum signal peptidase complex (SPCS), chaperone proteins (DNAJB11, HSPA5) and a factor involved in intracellular transport (SURF4). Notably, our data are in favor of the existence of a multiprotein complex involving NS2, several members of the SPCS, and the viral E2 glycoprotein, which likely plays a role in an early step of HCV particle assembly or during particle envelopment. Altogether, my PhD work allowed us to identify a limited set of hepatocyte factors interacting with HCV NS2 during infection and to pinpoint those that are essential for HCV morphogenesis. Additionally, our results contributed to the molecular characterization of the recently identified non-human hepaciviruses and revealed that these hepaciviruses share with HCV key mechanisms in the course of their infectious life cycles. This highlights the value of non-human hepaciviruses as surrogate animal models of HCV infection.

La TSPO préalablement connue sous le nom de récepteur périphérique aux benzodiazépines (PBR), est une protéine membranaire principalement impliquée dans le transport du cholestérol du cytosol vers la matrice des mitochondries, étape limitante dans la synthèse des stéroïdes et des sels biliaires.La production de la forme murine de la TSPO recombinante a été réalisée par un plasmide exprimé dans la bactérie Escherichia coli. La purification a été obtenue par colonne d'affinité grâce à l'étiquette polyhistidine codée dans le gène recombinant. Différents environnements mimétiques membranaires, détergents, lysodérivés, lipides ont été testés d'un point de vue structural et fonctionnel. Parmi les détergents étudiés, la dodécyl phosphocholine (DPC) a permis le meilleur repliement de la protéine. L'ajout de lysodérivés (LMPE) ou de phospholipides (DMPC/DMPE) a permis d'accroître la stabilité. La liaison des ligands spécifiques de la TSPO (PK 11195, cholestérol, protoporphyrine IX) a été observée dans plusieurs conditions étudiées par différentes approches biophysiques et biochimiques. Les trois approches structurales (ME, RX et RMN) ont pu être réalisées après optimisation des conditions de production et de stabilisation. Les résultats obtenus sont discutés en lien avec la structure de la TSPO publiée ces derniers mois. En parallèle à l'étude structurale, des mesures fonctionnelles par mutagenèse dirigée ont été réalisées afin d'obtenir des informations sur la liaison du ligand PK 11195. Ces données ont été confrontées à la structure récemment déterminée permettant de proposer un rôle pour les résidus mutés. Le mécanisme de transport du cholestérol par la TSPO est discuté. / TSPO previously named peripheral-type benzodiazepine receptor (PBR) is a membrane protein mostly involved in cholesterol transport from the cytosol to the matrix of mitochondria, a limiting step in steroids and bile salts biosynthesis.Production of recombinant mouse TSPO has been performed by plasmid expression in Escherichia coli bacteria. Purification has been obtained by immobilized affinity chromatography (IMAC) using polyhistidine tag encoded by recombinant gene. Various membranous mimetic environments such as detergents, lysoderivates, lipids have been tested from structural and functional point of view. Among tested detergents, dodecyl phosphocholine (DPC) has permitted the best protein refolding. The presence of lysoderivate (LMPE) or phospholipids (DMPC/DMPE) increased protein stability. Binding of TSPO high affinity ligands (PK 11195, cholesterol, protoporphyrin IX) has been measured in different conditions studied by biochemical and biophysical techniques. Three structural approaches (EM, XR and NMR) have been performed after optimization of production conditions and protein stabilization. Results gained have been discussed in line with TSPO atomic structure published within these last months. In parallel with structural studies, functional measurements have been carried out by site directed mutagenesis in order to gain data on binding site of PK 11195. These data have been faced with recently published TSPO atomic structure stabilized with this ligand and enabled to propose functional implication of mutated amino acids. Transport mechanism of cholesterol by TSPO is discussed.

Les éléments transposables (ETs) sont des séquences d’ADN capables de se déplacer au sein du génome. Ils sont trouvés chez la plupart des organismes vivants (45% du génome humain). Du fait de leur mobilité, ils créent des mutations et causent des pathologies (par exemple : Cancer, Hémophilie A ...), d’autres ont perdu leur capacité à transposer, on les nomme « séquences ancestrales ». Pour comprendre la régulation des éléments transposables, nous avons choisi la drosophile comme modèle animal car elle contient les différents types d’ETs trouvés chez l’Homme. Mon projet de thèse concerne l’élément I de la drosophile apparenté à la famille LINE (Long Interspersed Nucleotidic Element) chez les mammifères (20% du génome humain). Un croisement entre des mâles Inducteurs ‘I’ possédant des éléments I fonctionnels avec des femelles réactives ‘R’ qu’en sont dépourvus entraînera la forte mobilisation des éléments I dans les ovaires de la descendance femelle. Leur activation est à l’origine de la Dysgénésie des Hybrides du système I-R. Nos résultats précédents ont montré qu’on peut inhiber l’activité de I, en introduisant des fragments de I lui-même. Ce mécanisme pourrait être comparé à une «vaccination génétique». Plus tard, il a été montré que cette régulation implique une voie de l’ARN interférence, celle des piRNA (Piwi interacting RNA). D’autre part il a été démontré que HP1a, une protéine hétérochromatique, était impliquée dans la répression des ETs. De manière surprenante, mes résultats révèlent qu’un allèle de HP1a portant une mutation dans le chromodomaine (CD : Site d’interaction entre HP1a et H3K9me3) est capable de réduire l’activité de l’élément I et de restaurer la fertilité des femelles. Ce phénotype est corrélé avec une baisse significative des transcrits fonctionnels des éléments I. Des analyses par approches bio-informatiques indiquent l’interférence de la protéine HP1a mutée par son CD avec la voie des piRNAs. Cette interférence aboutit à la régulation de l’élément I et de la suppression de la dysgénésie des hybrides. / Transposable elements (TEs) are DNA sequences capable of moving within the genome. They are found in most living organisms (45% of the human genome). Because of their mobility, they create mutations and cause pathologies (for example: Cancer, Haemophilia A ...), others have lost their capacity to transpose, we call them "ancestral sequences". To understand the regulation of transposable elements, we have chosen Drosophila as an animal model because it contains the different types of TEs found in humans. My thesis project is to study the Drosophila element I related to the LINE family (Long Interspersed Nucleotidic Element) in mammals (20% of the human genome). A cross between Inductive 'I' males possessing functional I elements and reactive 'R' females without it will result in the strong mobilization of the I elements in the ovaries of the female offspring. Their activation is at the origin of the Hybrid Dysgenesis of the I-R system. Our previous results have shown that one can inhibit the activity of I by introducing fragments of I itself. This mechanism could be compared to a "genetic vaccination". Later, it was shown that this regulation involves a pathway of RNA interference, that of piRNA (Piwi interacting RNA). On the other hand it has been shown that HP1a, a heterochromatic protein was involved in the repression of ETs. Surprisingly, my results reveal that an HP1a allele carrying a mutation in the chromodomain (CD: Site of interaction between HP1a and H3K9me3) is able to reduce the activity of element I and to restore fertility in females. This phenotype is correlated with a significant decrease in the functional transcripts of the elements I. Bioinformatics analyzes indicate the interference of the HP1a protein mutated by its CD with the piRNAs pathway. This interference results in the regulation of the element I and the suppression of the dysgenesis of the hybrids.

L'agrégation protéique induite par la surface des matériaux est un phénomène important dans la stabilité des protéines thérapeutiques. En utilisant l'insuline humaine, nous avons étudié les phénomènes agrégation en présence de surfaces neutres hydrophobes ou hydrophiles et avons montré que la nucléation a lieu sur les surfaces hydrophobes que l'on soit à pH 2.5 ou 7.3. Nous avons montré que l'énergie d'activation de la nucléation est abaissée sur surface hydrophobe. De plus, il apparait que l'agitation de la solution a des effets antagonistes. En particulier, les forces hydrodynamiques de cisaillement détachent de la surface les fibres. Par Résonance Plasmonique de Surface, spectroscopie infrarouge et microscopie à fluorescence, nous avons pu définir les étapes moléculaires ayant lieu à l'interface matériaux hydrophobe/solution. L'insuline s'adsorbe tout d'abord rapidement sur la surface, puis s'accumule lentement parallèlement à une transition de la structure α initiale vers une structure β, aboutissant à la formation de fibres amyloïdes. Par la suite, nous avons étudié le mécanisme d'action d'un peptide connu pour accélérer l'agrégation de l'insuline (LVEALYL). Ce peptide s'adsorbe de façon stable sur la surface hydrophobe en structure β et facilite l'accumulation d'insuline. De plus, il apparait que la séquence du peptide n'est pas essentielle à son action car différents peptides adoptant une structure β sur la surface sont également capables d'induire l'agrégation de l'insuline. La présence de prolines aboli cette action. Ces résultats apportent d'importantes informations sur les mécanismes moléculaires d'auto-association de l'insuline. L'hydrophobicité du matériau facilite le dépliement de l'insuline adsorbée, aboutissant à l'exposition du segment LVEALYL. Cette séquence facilite la propagation du changement de conformation vers les molécules nouvellement adsorbées. Agir contre ce phénomène pourrait permettre de stabiliser les solutions protéiques. / Material surface-induced protein aggregation is important for the stability of therapeutic proteins. Using human insulin, we first study its amyloidal aggregation on neutral hydrophobic or hydrophilic surfaces and show that nucleation takes place on the hydrophobic surfaces at both pH 2.5 and 7.3. We show that the activation energy for nucleation is lower on hydrophobic surfaces than in solution. We observed that agitating the solution has several antagonistic effects. In particular, the hydrodynamic shear stress detaches surface-borne fibrils. Using Surface Plasmon Resonance imaging, infrared spectroscopy and fluorescence microscopy we then define the sequence of molecular events that happen at the interface between hydrophobic materials and fluid phase. Insulin first adsorbs rapidly on the surface and then continues to accumulate, in parallel with an alpha-to beta-structural transition leading to amyloid fibril formation. Hereafter, we study the mechanism of action of a small peptide known to accelerate insulin aggregation (LVEALYL). This peptide stably adsorbs in β-conformation on the surface and helps accumulating insulin on the surface. Moreover, it appears that its sequence is not essential for its effectiveness, since several peptides, having a β-sheet structure on the surface, induce insulin aggregation. The presence of prolines abolishes its pro-aggregative activity. These results shed light on the molecular details of insulin self-association. The hydrophobic nature of material surfaces facilitates the unfolding of adsorbed insulin, resulting in the exposure of the LVEALYL peptide segment. This peptide promotes the propagation of conformational changes among incoming proteins. Counteracting this propagation could help stabilizing protein solutions.

L'ATPase-Ca2+ du réticulum sarcoplasmique de muscle squelettique rapide (SERCA1a) est une protéine membranaire qui permet le transport actif de deux ions calcium depuis le cytosol jusque dans la lumière du réticulum. Depuis 2000, l'obtention de nombreuses structures à résolution atomique de cette enzyme a été un atout majeur pour comprendre son cycle catalytique (Toyoshima, Nakasako et al. 2000). Toutefois, avant 2007, les formes de cette enzyme cristallisées en absence de calcium avaient été obtenues en présence d'un inhibiteur fixé au domaine membranaire. Nous avons d'abord montré, notamment par des techniques de spectroscopie de fluorescence et de protéolyse ménagée, que l'interaction de la protéine avec ces inhibiteurs, qui rend l'ATPase incapable d'adopter certaines des conformations présentes au cours de son cycle catalytique, avait certainement induit des biais significatifs dans la structure de certaines des formes cristallisées avant 2007 (Montigny, Picard et al. 2007). Nos résultats ont stimulé la recherche de structures nouvelles, en absence ou en présence d'inhibiteurs, dont l'analyse a pleinement confirmé nos conclusions. L'utilisation de ces inhibiteurs pendant la cristallisation de la protéine solubilisée était jusque là jugée utile pour protéger celle-ci de son éventuelle inactivation irréversible en présence de détergent (Lund, Orlowski et al. 1989). Utilisant le glycérol pour ralentir cette inactivation, nous avons mis en évidence des conséquences inattendues de l'interaction de l'ATPase avec deux des détergents communément utilisés pour sa cristallisation, son isolement ou sa simple étude (Montigny, Arnou et al. 2008). En présence de glycérol, nous avons également pu étudier certains traits de fonctionnement de trois mutants de l'ATPase, purifiés après expression hétérologue dans la levure S. cerevisiae : un mutant d'un des sites de fixation du calcium (i.e. capable de fixer un seul des deux calciums) (Montigny, Arnou et al. 2008) et deux autres mutants bloquant l'enzyme dans des états particuliers du cycle catalytique (Marchand, Winther et al. 2008). Parallèlement à ces études, nous avons élucidé le mystère des propriétés de fluorescence anormales d'une forme particulière de l'enzyme SERCA1a marquée au FITC dans son site nucléotidique. Nous avons mis en évidence une phosphorylation imprévue du FITC lié, conduisant à une très faible fluorescence, particulièrement stable dans le temps. Les conditions de cette phosphorylation impliquent une réorganisation de l'orientation relative des domaines cytosoliques de l'ATPase lors de l'étape de relargage des ions calcium vers la lumière du réticulum (McIntosh, Montigny et al. 2008). Dans toutes nos études, il nous a fallu évidemment tenir compte de la possible chélation des cations divalents interagissant avec l'enzyme (calcium, magnésium, ...) par les anions présents. Par pH métrie et à l'aide de sondes colorées, nous avons vérifié que le magnésium n'était PAS chélaté par le tampon Mops classiquement utilisé, contrairement à ce qui était rapporté dans certaines tables de constantes d'association (Montigny and Champeil 2007). A cette occasion, mettant notre savoir-faire au service de collègues du laboratoire, nous avons également précisé les différents complexes formés par association entre le cadmium (Cd2+) et le glutathion réduit (GSH-) (Leverrier, Montigny et al. 2007), afin de mieux comprendre lesquels de ces complexes étaient le plus susceptibles de se former au cours de la détoxication cellulaire du Cd2+. Abréviations : ATPase, AdénosineTriPhosphatase ; SERCA1a, Sarco-Endoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase, isoforme 1a ; FITC, fluorescéine isothiocyanate ; Mops, acide 4-morpholinopropanesulfonique.