La mise en place des circuits neuronaux est un processus complexe et précisément régulé. Une atteinte de ce processus est à l'origine de diverses pathologies neurodéveloppementales telles que la schizophrénie ou les troubles du spectre autistique, désordres psychiatriques partageant une altération des fonctions cognitives. Le récepteur 6 de la sérotonine (récepteur 5-HT6), notamment connu pour son implication dans la migration neuronale, s'est révélé être une cible thérapeutique de choix dans le traitement des symptômes cognitifs associés à la schizophrénie mais aussi à des pathologies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer. Cependant la signalisation déclenchée par le récepteur 5-HT6 n'explique pas entièrement son implication dans les processus neurodéveloppementaux. Mon travail de thèse a donc visé à comprendre les mécanismes de signalisation engagés par le récepteur 5-HT6 au cours du développement neuronal. La réalisation d'un crible protéomique a permis de montrer que le récepteur 5-HT6 interagissait avec plusieurs protéines cruciales dans le développement neuronal comme la protéine Cdk5 et sa cible WAVE-1. J'ai ensuite pu démontrer qu'en plus de son rôle dans la migration, le récepteur 5-HT6 contrôlait de façon agoniste-indépendante l'élongation des neurites par un mécanisme impliquant la phosphorylation de son domaine C-terminal par la kinase Cdk5 et l'activation de la RhoGTPase Cdc42. La seconde partie de mon travail a visé à mettre en évidence le rôle du récepteur 5-HT6 dans la formation des épines dendritiques et à comprendre l'implication de la protéine WAVE-1, cible de Cdk5, dans ce processus. Les résultats obtenus au cours de ma thèse apportent de nouveaux éléments quant au contrôle des processus neurodéveloppementaux par le récepteur 5-HT6. Ce récepteur apparaît donc comme une cible thérapeutique de choix dans les atteintes neurodéveloppementales en contribuant au développement des circuits cognitifs en relation avec la physiopathologie des troubles du spectre autistique ou de la schizophrénie. / Brain circuitry patterning is a complex, highly regulated process. Alteration of this process is affected gives rise to various neurodevelopmental disorders such as schizophrenia or Autism Spectrum Disorders (ASD), which are both characterized by a wide spectrum of deficits. Serotonin 6 receptor (5-HT6 receptor), which is known for its implication in neuronal migration process, has been identified as a key therapeutic target for the treatment of cognitive deficits observed in schizophrenia, but also in neurodegenerative pathologies such as Alzheimer's disease. However, the signalling mechanisms knowned to be activated by the 5-HT6 receptor do not explain its involvement in neurodevelopmental processes. My thesis project therefore aimed at characterizing the signalling pathways engaged by 5-HT6 receptor during neural development. A proteomic approach allowed me to show that the 5-HT6 receptor was interacting with several proteins playing crucial roles in neurodevelopmental processes such as Cdk5 or WAVE-1. I then demonstrated that, besides its role in neuronal migration, the 5-HT6 receptor was also involved in neurite growth through constitutive phosphorylation of 5-HT6 receptor at Ser350 by associated Cdk5, a process leading to an increase in Cdc42 activity. The second part of my work aimed at understanding the role of 5-HT6 receptor in dendritic spines morphogenesis, and the involvement of WAVE-1 and Cdk5 in this process. These results provide new insights into the control of neurodevelopemental processes by 5-HT6 receptor. Thus, 5-HT6 receptor appears to be a key therapeutic target for neurodevelopmental disorders by contributing to the development of cognitive circuitry related to the pathophysiology of ASD or schizophrenia.

L’architecture et la régulation de la traduction eucaryote fut pendant longtemps un mystère pour les biologistes. Je présente ici un protocole détaillé pour purifier de manière homogène des ribosomes à partir de cellules HeLa, pour des études biochimiques mais également structurales. En utilisant ces ribosomes, j’ai obtenu des cristaux diffractant à faible résolution, pouvant être utilisés pour de futurs travaux. Une analyse par cryo-microscopie électronique (CME) a abouti à une structure à 5 A de résolution, permettant la construction d’un modèle. De plus, les facteurs eRF1 et eRF3 ont permis des premières études de la terminaison de la traduction par CME. Ces protéines en complexe ont également été étudiées par cristallographie aux rayons-X, montrant des interactions jusqu’alors jamais observées. L’ensemble de ce travail fournit des résultats importants pour la préparation et la description de la structure du ribosome humain, pavant la voie vers l’analyse de complexes fonctionnels. / Ribosomes comprise the translational machinery engaged in synthesizing proteins. The architecture and translation regulation of eukaryotic especially, human ribosomes, has been an enigma for a long time. I established a protocol for purifying homogenous ribosomes from HeLa cells which can be used for structural as well as biochemical analysis. Using these ribosomes, I obtained plate-like crystals of 80S diffracting to low resolution. A cryo electron microscopy analysis of these ribosomes yielded 5 Å resolution structure with secondary structures of rRNA and protein clearly visible. Furthermore, these ribosomes, along with the eukaryotic release factors (eRF1 and eRF3) purified by over-expression in bacteria, formed the basis for translation termination studies using cryo electron microscopy. Simultaneously, eRF1-eRF3 protein complex was explored by X-ray crystallography revealing new interactions. Together, this work paves the way for the analysis of functional ribosome complexes.

La protéine tRip de Plasmodium, l’agent du paludisme, fait l’objet de mon travail de thèse. Identifiée au laboratoire, elle est localisée à la membrane plasmique de P. berghei, le modèle murin étudié in vivo. Elle permet l’import d’ARNt exogènes à l’intérieur du parasite. La génération et l’étude d’une souche P. berghei tRip-KO m’ont permis d’explorer l’importance de ce mécanisme et l’implication de tRip dans un complexe multiprotéique. J’ai démontré que la multiplication de P. berghei est très réduite lors du stade sanguin chez la souche tRip-KO. Par protéomique, j’ai montré qu’en l’absence de tRip, de nombreuses protéines sont sous-exprimées, en particulier celles riches en asparagines. Enfin, j’ai identifié trois partenaires protéiques de tRip, dont le substrat est l’ARNt. Ces résultats suggèrent que les ARNt importés par Plasmodium via tRip pourraient être substrat de protéines plasmodiales et acteurs de la synthèse protéique du parasite. Le transport d’ARNt étrangers dans une cellule est un mécanisme inconnu en dehors de cette étude. Il révèle une interaction inédite entre un hôte et son parasite intracellulaire, propice au développement de ce dernier. / The organism studied in this work is Plasmodium, the malaria parasite. The laboratory identified a membrane protein, called tRip for tRNA import protein, displaying a tRNA binding domain exposed outside of the parasite. In vivo, in P. berghei which is the murine model used, tRip mediates the import of exogenous tRNAs into the parasite cytosol. My PhD work begun with the construction of a tRip-KO strain of P. berghei to investigate the role of tRNA import and the putative involvement of tRip within a proteic complex. The phenotype of the tRip-KO strain is significantly modified compared to the wild-type parasite during the blood stage: its rate of multiplication is much lower. By proteomic analyses, I showed that many proteins are under-regulated in the tRip-KO strain, especially those very rich in asparagines. Moreover, I dentified three protein partners for tRip, being tRNA aminoacylation or modification enzymes. These results suggest that host imported tRNAs could be taken in charge by parasitic enzymes and take part to Plasmodium protein synthesis. This work reveals a new host pathogen interaction and is the first example showing exogenous tRNA import into a cell.

L'exposition à la chaleur, notamment lors d'incendies est particulièrement dévastatrice et dans le cas d'objets du patrimoine elle entraine la destruction de tout ou partie de ces témoins du passé. Notre étude porte sur les effets de la chaleur sur le cuir, matériau largement présent dans les collections patrimoniales.A ce jour, aucune méthode de restauration permettant d'inverser les effets de la chaleur n'a été développée. Le premier objectif de notre étude est d'évaluer les effets d'une exposition à une chaleur sèche par une caractérisation systématique d'échantillons avant et après exposition à la chaleur. Des échantillons modèles, issus d'une même peau de veau de tannage végétal connu, ont été utilisés et caractérisés à différentes échelles structurales par un large ensemble de techniques physico-chimiques et biochimiques avant et après chauffage.Au-delà du brunissement et de la rétraction visible du cuir, la chaleur induit de nombreuses altérations au niveau de la structure du matériau, notamment, une perte de masse, une fonte des structures cristallines, une augmentation de l'hydrophobie ainsi qu'une rigidification. Une partie de ces changements sont attribués à l'agrégation protéique mise en évidence par cette recherche.Le second objectif était de développer une méthode de restauration innovante basée sur l'utilisation de molécules biologiques afin de respecter la nature de l'objet. Des enzymes de type protéase, capables de rompre les agrégats protéiques ont été utilisées. Un des défis est d'apporter suffisamment d'eau, nécessaire pour l'activité de l'enzyme, sans mouiller le cuir pour éviter tout dommage supplémentaire. Plusieurs supports d'application de la protéase ont été testés. Avec une émulsion enzymatique les résultats obtenus ne mettent en évidence ni coloration, ni rétraction et dans certains cas un gain de souplesse est observé. Des résultats encourageants ont également été obtenus dans le cas d'un cuir de veau historique (XIXe siècle). Des mesures complémentaires ont fait attribuer ces propriétés principalement à l'émulsion elle-même, cependant des mesures à plus long terme semblent mettre en évidence un effet positif de l'enzyme sur le gain de souplesse. Sous réserve de nouvelles caractérisations à des temps plus longs, le traitement élaboré pourrait constituer un nouveau support de restauration par voie biologique.Mots clefs : cuir - dénaturation thermique – agrégation protéique – bio-restauration – protéases / Heat, induced by fire, is particularly devastating for cultural heritage objects as it causes the destruction of all or part of these witnesses of the past. In this study, we focused on leather, a material largely present in heritage collections. Until now, no restoration method has been developed to treat the damaging effects of heat.The first aim of our study was to evaluate the effects of dry heat on leather samples through a systematic characterization. Model samples from a calf skin vegetable tanned in known conditions were used and the consequences of heat exposure was characterized at different structural scales using a range of physical, chemical and biochemical methods.Besides the visible browning and shrinkage of leather, heat induces many changes including a loss of mass, the melt of the crystalline regions, an increase in both hydrophobicity and rigidity. Some of these changes result from the protein aggregation induced by exposure to heat and evidenced by our research.Our second goal was to develop an innovative restoration method based on the use of biological molecules in order to respect the nature of the object. Enzymes such as proteases, able to hydrolyze protein aggregates, were used. One of the challenges was to provide the water necessary for the enzyme activity without wetting the leather surface in order to avoid further damage of the leather. Several enzyme supports were tested. The use of an enzymatic emulsion reveals neither darkening nor retraction and in some cases a flexibility gain is observed. Encouraging results were also obtained in the case of an ancient book cover made from calfskin and dated from the nineteenth century. Additional measurements lead to attribute its effect mainly to the emulsion itself, however longer-term measurements appear to show a positive effect of the enzyme on the flexibility gain. Although further characterizations on the long term are required, the treatment may constitute a new support for leather bio-restoration.Keywords: leather – thermal denaturation – protein aggregation – bio-restoration - proteases

L'étude de la dynamique des protéines est essentielle pour comprendre les processus biologiques. Notre laboratoire a développé une nouvelle classe de protéines fluorescentes semi-synthétiques, appelée Fluorescence-Activating and absorption-Shifting Tag (FAST). Cette thèse de doctorat présente le développement de nouveaux systèmes FAST avec diverses propriétés pour l'imagerie multiplexée. Nous avons développé une série de fluorogènes permettant de modifier la couleur de FAST de vert-jaune à orange et rouge. Au delà de l’application de l’imagerie multi-couleurs, ces fluorogènes permettant un échange dynamique des couleurs grâce à la liaison réversible de FAST, ouvrant de nouvelles perspectives pour le développement de méthodes d’imagerie sélective reposant sur la dynamique de systèmes réactifs. Pour étendre davantage les propriétés spectrales de FAST vers le rouge lointain, nous avons développé une nouvelle série de fluorogènes rouges, pour lesquels nous avons sélectionné par une stratégie d'évolution dirigée basée sur le yeast display et la cytométrie en flux de nouveaux tags protéiques capables d’interagir avec ces fluorogènes et d’activer leur fluorescence. Nous avons enfin développé de nouveaux fluorogènes capables de former des complexes fluorescents avec FAST, mais incapables de traverser la membrane plasmique, ce qui permet de détecter sélectivement les protéines membranaires. / Studying protein activities could help us to understand the complex mechanisms controlling cells and organisms. Our laboratory recently developed Fluorescence-Activating and absorption-Shifting Tag (FAST), a small fluorogen-based reporter enabling to fluorescently label fusion proteins in living cells. My PhD thesis presents the developments of new FAST systems with various properties for multiplexed imaging. We report a collection of fluorogens enabling to tune the fluorescence color of FAST from green-yellow to orange and red. Beyond allowing multicolor imaging of FAST-tagged proteins in live cells, these fluorogens enable dynamic color switching because of FAST’s reversible labeling, opening great prospects for the design of selective imaging methods relying on dynamic systems. In order to further expand the spectral properties of FAST to red, we also designed and developed a library of red fluorogenic dyes, for which we engineered specific protein binders by applying a directed evolution strategy based on the yeast display technology and high-throughput fluorescence activating cell sorting (FACS). We finally developed novel fluorogens able to form fluorescent complexes with FAST, but incapable of crossing the plasma membrane, which makes it possible to selectively detect FAST-tagged cell-surface proteins.

Les protéines destinées à la sécrétion ou adressées à la membrane transitent par le réticulum endoplasmique (RE) où elles acquièrent leur conformation native et subissent des modifications post-traductionnelles comme la formation de ponts disulfures. Dans ce compartiment, la formation de ponts disulfures repose sur l’activité de l’oxydase Ero1 et de la Protein Disulfure Isomerase (PDI). Ero1 catalyse la formation de ponts disulfures et les transmet à la PDI qui à son tour oxyde les substrats. L’isomérisation ou la réduction terminale des ponts disulfures non-natifs repose sur un système de réduction dans le RE encore non élucidé. Des études suggèrent l’importance du glutathion réduit (GSH) dans ce système de réduction. Le GSH est un tripeptide redox exclusivement synthétisé dans le cytosol. Notre étude s’attache à (i) décrire les flux de glutathion entre RE et cytosol et (ii) identifier les acteurs de ce transport (iii) comprendre l’impact d’une modification de l’homéostasie redox du glutathion sur la physiologie du RE.Nous avons établi un système permettant d’étudier les flux de glutathion entre cytosol et RE. Afin de démasquer ces flux intracellulaires, nous avons utilisé une souche de S. cerevisiae surexprimant le transporteur plasmatique du glutathion, HGT1. Ce système permet de modifier rapidement et drastiquement la concentration cytosolique de glutathion. Les flux intracellulaires engendrés sont ensuite suivis grâce à des sondes redox spécifiques du glutathion adressées dans le RE ou le cytoplasme.(i) Nos résultats suggèrent que le GSH et le GSSG sont importés dans le RE depuis le cytosol. Le GSH est transporté selon un gradient de concentration via un système de transport de diffusion facilité. Ces flux sont également observés lors de stress stimulant la synthèse de GSH (stress thermique, arsenite…).(ii) Le transport de GSH dans le lumen est assuré par le translocon Sec61, et une régulation de cet import par la chaperone luminale Kar2 est observée.(iii) une réduction rapide de l’état redox du glutathion dans le RE conduit à une mort cellulaire programmée non apoptotique, également observée lors d’autre stress RE (traitement tunicamycine). / The endoplasmic reticulum (ER) is the first intracellular compartment of the protein secretion pathway. Protein maturation in this compartment involves protein folding and post-traductionnal modification including formation of disulfide bonds. The formation of disulfide bonds is operated by a highly conserved redox relay made of the thiol oxidase Ero1 and the protein disulfide isomerase (PDI). Ero1p catalyzes disulfide bond formation and relays them by thiol-disulfide exchange to PDI, which in turn oxidizes substrates. Isomerization and terminal reduction of non-native disulfide bonds both rely on a reduction system that remains to be formally identified. Studies however suggest the importance of reduced glutathione in this reducing system. GSH is small redox tripeptide exclusively synthesized in the cytosol. In this study we (i) describe the main parameters of glutathione traffic across the ER membrane (ii) identify the main actors involved in the transport and (iii) analyze the physiological impact of a modification of the ER glutathione redox state.We established a system to monitor the fluxes of glutathione from the cytosol to the ER in S. cerevisiae. To artificially increase fluxes of glutathione, we used a cell over-expressing the GSH plasma membrane transporter HGT1, which when grown in presence of glutathione import high levels of this compound. Consequently, we monitored the intracellular relocation of imported GSH by following GSH fluxes using two specific redox probes. Our data indicate that:(i) GSH is transported into the ER by facilitated diffusion along a concentration gradient. GSSG can also be imported into the ER. Similarly, stress conditions that stimulate GSH synthesis, such as heat shoc, arsenite treatment, also triggered a GSH import in the ER.(ii) GSH import in the ER is achieved by the translocon Sec61, and is regulated by the lumenal chaperone Kar2.(iii) A rapid reduction of glutathione ER redox state leads to the activation of a non-apoptotic programmed cell death pathway, usually observed during high ER stress.

Dans les pays occidentaux, la consommation de protéines animales, majoritaire, diminue depuis une décennie. Elle est, dans la majorité des cas, associée négativement à différents paramètres de durabilité, et les études modélisant des régimes durables ont montré que les différents paramètres n’étaient pas toujours compatibles. Des régimes améliorant largement différents paramètres de durabilité ont été modélisés, mais la prise en compte de l’acceptabilité culturelle est insuffisante et nécessite des approfondissements. L’objectif de cette thèse était de modéliser des trajectoires acceptables de réarrangement de la consommation de sources protéiques pour augmenter l’adéquation nutritionnelle et d’en évaluer les impacts sur la durabilité. L’étude des consommations de sources de protéines en France a permis de conclure que les apports en protéines sont adéquats pour l’ensemble de la population, mais qu’il existe différents profils de consommation protéique, caractérisés par des niveaux de sécurité nutritionnelle différents. Une étude réalisée en 2018 a permis d’établir que les niveaux de consommation de viande étaient prédits par les attitudes, les normes sociales, et l’auto-efficacité perçue vis-à-vis de la réduction de la consommation de viande. Pour les travaux de modélisation pas-à-pas de l’alimentation, il a été considéré acceptable pour un individu de consommer un nouvel aliment, si celui-ci était largement consommé par des individus au profil de consommation protéique similaire. Cette hypothèse a été validée par une enquête en 2018. Les travaux de modélisation ont permis d’identifier que certaines recommandations alimentaires étaient efficaces pour l’ensemble de la population, mais que d’autres étaient spécifiques à certains profils de consommation protéique, caractérisés par des profils nutritionnels et des répertoires alimentaires spécifiques. Enfin, des modèles ont permis d’identifier que viser systématiquement plus de protéines végétales lors des premières modifications diététiques permet, malgré une adéquation nutritionnelle légèrement plus faible, d’obtenir de meilleurs paramètres de durabilité. / In Western countries, the consumption of animal protein, which is the predominant protein source, has been decreasing over the last decade. This consumption has been negatively associated with different sustainability parameters in the majority of cases, and studies modelling sustainable diets have shown that the different parameters are not always compatible. Diets that significantly improve different sustainability parameters have been modelled, but the consideration of cultural acceptability is insufficient and requires further investigation. The objective of this thesis was to model acceptable trajectories of rearrangement of protein source consumption to increase nutritional adequacy and to evaluate its impacts on sustainability. The study of protein source consumption in France led to the conclusion that protein intake is adequate for the entire population, but that there are different profiles of protein intake characterized by different levels of nutritional security. A study conducted in 2018 found that meat consumption levels were predicted by attitudes, social norms, and perceived behavioral control related to the reduction of meat consumption. For the stepwise dietary modelling study, it was considered acceptable for an individual to consume a new food if it was widely consumed by individuals with a similar profile of protein intake. This hypothesis was validated by a survey conducted in 2018. The modelling work identified that some dietary recommendations were effective for the general population, but others were specific to certain profiles of protein intake characterized by specific nutritional profiles and food repertoires. Finally, models have identified that systematically targeting more plant proteins during the first dietary modifications allows, despite a slightly lower nutritional adequacy, to obtain better sustainability parameters.

La sélénoprotéine T (SelT) est une protéine thiorédoxine-like abondamment exprimée au cours du développement embryonnaire chez le rat, mais son expression tend à disparaître après la naissance, notamment dans le coeur, suggérant un rôle limité de la SelT à l’âge adulte. Néanmoins, nous avons pu montrer que la SelT est réexprimée au niveau cardiaque suite à une ligature de l’artère coronaire (LC), suggérant le rôle potentiellement protecteur de cette protéine au cours des pathologies cardiovasculaires. Le but de notre projet fut donc d’évaluer les effets cardiaques d’une thérapie par la SelT au cours de l’insuffisance cardiaque, moyennant soit une thérapie protéique, soit une thérapie génique visant à surexprimer la SelT au niveau cardiaque ou au niveau systémique. La supplémentation en SelT (15μg/kg/jour, minipompes ip) a permis d’améliorer significativement le débit cardiaque et la fraction de raccourcissement du VG, mais également d’améliorer les pressions télé-systoliques et télé-diastoliques du ventricule gauche ainsi que la perfusion coronaire. Ces changements sont associés à une diminution du stress oxydant cardiaque ainsi qu’à une répression des mécanismes inflammatoires cardiaques. L’ensemble de ces améliorations a été observé sans modification de la taille d’infarctus. En parallèle, nous avons pu montrer qu’une injection intraveineuse d’un rAAV9-SelT (1.1011vg) une semaine après la LC permettait de diminuer significativement la dilatation ventriculaire gauche 3 mois après la LC. De manière concomitante, la thérapie génique par la SelT améliore le débit cardiaque ainsi que la perfusion cardiaque. Ces changements sont associés à une amélioration de la compliance et de l’élastance cardiaque. Par ailleurs, l’injection intramusculaire d’un rAAV8-SelT suivant le même protocole que précédemment. Nous avons pu montrer que le traitement par cet AAV permettait de diminuer significativement la dilatation du VG et d’améliorer la fraction de raccourcissement. De plus, la thérapie génique a permis d’améliorer la perfusion cardiaque ainsi que la relaxation coronaire endothélium-dépendante. Nous avons également pu montrer que l’ensemble des effets de la SelT sont médiés par le résidu Sec, dès lors que la modification de ce résidu par une alanine, annihile totalement l’ensemble des effets positifs observés au cours de notre étude. Ainsi, nos résultats ont permis de montrer clairement que le rôle bénéfique d’un traitement par la SelT au cours de l’ICC, et ce, grâce à un mécanisme sélénocystéine-dépendant. La SelT semble donc être une cible thérapeutique prometteuse pour le traitement de cette pathologie. / Selenoprotein T (SelT) is a thioredoxin-like protein, which is abundantly but transiently expressed in the heart during the embryonic development, suggesting that SelT plays a limited role during adulthood. However, data from our laboratory show that cardiac SelT expression increases after myocardial infarction. This suggests that SelT may play a yet unrevealed role in cardiovascular diseases but SelT’s potential protective role is unknown. Thus, we sought to investigate the cardiac effects of a SelT-mediated therapy in chronic heart failure (CHF) using either a protein or gene therapy through either a protein supplementation, or rAAV encoding for different forms of SelT. SelT supplementation (15μg/kg/day, IP, administered for 1 month starting 7 days after MI) resulted in a restoration of cardiac output and LV fractional shortening (sham: 178,1±14,8; MI: 161,1±7,7; MI+SelT; 177,6 ±8,0 and sham: 44,5±5,1; MI: 17,1±0,8; MI+SelT: 25,6±2,4, respectively), in association with an improvement of LV end-diastolic and end-systolic pressures as well as LV tissue perfusion. These changes were associated with a lower oxidative status and with a decrease in inflammation pathways (-32,7% vs MI for oxidative stress and - 27,2% and - 31,4% for inflammation, measured by electron paramagnetic resonance and western blotting analyses of IL1ß and IL6 expressions, respectively). All these effects were observed at identical infarct sizes. In parallel, a single intravenous injection of rAAV9-SelT (1.1011 virus - genome copies) one week after MI resulted in an increased cardiac SelT expression 3 weeks after injection (+150%, p<0.05). This SelT - overexpression reduced HF-induced increase in left ventricular diameters in both systole and diastole (at 1 and 3 months post-MI). Simultaneously, SelT improved stroke volume and cardiac output, without change in heart rate or body weight. Moreover, cardiac perfusion was improved by rAAV9-SelT in both interventricular septum and in the border zone of the infarct. These changes were associated with an improvement in cardiac compliance and elastance parameters assessed by invasive pressure/volume curves (compliance: sham: 18.2 ±1.5; HF: 11.0±1.0; HF+rAAV9-SelT: 15.3±0.5 and elastance: sham: 1.3±0.2; HF: 2.8±0.2; HF+rAAV9-SelT: 1.4±0.2, respectively; p<0.05 vs. HF). The third part of this project consisted in a single intramuscular injection of rAAV8-SelT (1.1011 virus-genome copies, 7 days after CAL) of either the normal form (rAAV8-SelTSec), either the modified form in which the Sec residue is replaced by an Ala (rAAV8-SelTAla). rAAV8-SelTSec administration resulted in a significant increase in cardiac SelT levels as soon as 3 weeks post-administration. After 3 months, SelTSec reduced LV dilation and restored cardiac output. Simultaneously SelT improved both LV elastance and compliance. In contrast, administration of the rAAV8-SelTAla did not modify the CHF-related cardiac dysfunction, suggesting that the selenocysteine residue is essential to the normal protein function. Our results clearly show that increasing SelT to supra-normal levels reduces CHF-induced cardiac dysfunction through a selenium-dependent pathway. These results suggest that SelT might be a promising therapeutic option in the treatment of CHF.

Au niveau mondial, la tuberculose est toujours l’une des dix premières causes de mortalité. L’un des principaux facteurs expliquant ce phénomène est l'émergence de souches du bacille tuberculeux, Mycobacterium tuberculosis, résistantes aux antibiotiques. Ainsi, l’OMS a déclaré prioritaire le développement d'une nouvelle génération d’antituberculeux qui soient efficaces contre les souches résistantes. Des études de criblage phénotypique récentes sur M. tuberculosis ont montré que des voies métaboliques de composés de l’enveloppe, telles que la biosynthèse des acides mycoliques, représentent des cibles thérapeutiques très pertinentes. Les acides mycoliques entrent dans la composition de facteurs de pathogénicité lipidiques du bacille tuberculeux. Ils portent divers types de fonctions chimiques déterminantes pour leurs rôles biologiques. Le système Fatty Acid Synthase de type II (FAS-II) impliqué dans leur biosynthèse constitue une cible thérapeutique validée. En effet, il est essentiel à la survie du bacille, possède des caractéristiques uniques, et a un rôle-clé dans sa virulence et sa persistance chez les organismes infectés. De plus, le système FAS-II est la cible de plusieurs médicaments antituberculeux tels que l’isoniazide et l’éthionamide. FAS-II est constitué d'un ensemble d'enzymes monofonctionnelles acyl carrier protein (ACP)-dépendantes. Une partie de ces protéines a été identifiée par des approches de génomique classique. Malgré cela, 20 ans après le séquençage du génome de M. tuberculosis, la composition complète de ce système ainsi que sa fonction précise restent encore à caractériser. L’objectif des travaux de recherche menés durant ma thèse est de caractériser le système FAS-II mycobactérien selon un nouvel angle d'attaque, à l'échelle du système entier. L'approche adoptée visait à i) développer et valider des méthodes expérimentales pour isoler le système FAS-II sous une forme la plus complète possible, ii) décrypter en profondeur la composition en protéines de FAS-II (collaboration équipe O. Schiltz, IPBS) ; iii) identifier de nouvelles enzymes partenaires potentielles. La 1ère partie de ce travail a consisté à mettre au point l'isolement du système FAS-II de deux mycobactéries, M. smegmatis, une espèce-modèle à croissance rapide, et M. bovis BCG, la souche vaccinale très proche de M. tuberculosis. Deux stratégies complémentaires ont été développées : la co-immunoprécipitation et la Single Step Affinity Purification (SSAP). Plusieurs enzymes du système FAS-II ont été utilisées alternativement comme appâts pour co-purifier des protéines partenaires. De nombreux paramètres ont été optimisés afin d'améliorer le taux d'enrichissement en FAS-II et de conserver le plus possible l’intégrité du système : nature de la protéine-appât, délétion du gène endogène (SSAP), conditions de lyse des bactéries, pontage chimique, étapes de purification... La 2ème partie de ma thèse a porté sur l'analyse par protéomique des fractions de purification obtenues et la 3ème partie a consisté à identifier de nouvelles enzymes partenaires. Le traitement des données a permis 1) de mettre en évidence des interactions physiques entre certaines enzymes du système FAS-II ; 2) de démontrer la présence d’une nouvelle enzyme partenaire du système : cette protéine, nommée HadD, est potentiellement impliquée dans l’une des étapes-clés de la biosynthèse des acides mycoliques nécessaire pour l’introduction des groupements fonctionnels sur ces lipides. / Globally, tuberculosis is still one of the top ten leading causes of death. In 2015, the World Health Organization (WHO) reported nearly 480,000 new cases of multidrug-resistant tuberculosis and called for the development of new antituberculosis agents. Recent phenotypic screening studies on Mycobacterium tuberculosis have shown that envelope metabolic pathways, such as mycolic acid biosynthesis, are highly relevant therapeutic targets. Mycolic acids constitute the lipid moiety of pathogenicity factors of the tubercle bacillus. They are essential mycobacterial fatty acids holding various chemical functions decisive for their biological roles. The Fatty Acid Synthase type II (FAS-II) system involved in their biosynthesis is a relevant and validated therapeutic target. Indeed, it is essential to the survival of the bacillus, has unique features, and plays a key role in its virulence and persistence in infected organisms. In addition, the FAS-II system is the target of several antituberculosis drugs such as isoniazid and ethionamide. FAS-II is made of discrete monofunctional acyl carrier protein (ACP)-dependent proteins. Some of these proteins have been identified by conventional genomic approaches. However, 20 years after the M. tuberculosis genome sequencing, the complete composition of this system and its precise function remain poorly known. The objective of my PhD project is to characterize the mycobacterial FAS-II multienzyme system with a completely new line of attack, at the scale of the entire system. The adopted approach was aimed at i) developing and validating experimental methods to isolate the FAS-II system in the most complete form, ii) deciphering the FAS-II protein composition (collaboration with O. Schiltz's team, IPBS); iii) identifying potential new partner enzymes. The first part of this work consisted of developing the isolation of the FAS-II system from two mycobacteria, M. smegmatis, a fast-growing model species, and M. bovis BCG, the vaccine strain very close to M. tuberculosis. Two complementary strategies were developed: co-immunoprecipitation and Single Step Affinity Purification (SSAP). Several enzymes of the FAS-II system were used alternatively as a bait in an attempt to co-purify partner proteins. To improve the level of FAS-II enrichment and to preserve as much as possible the integrity of the system, many parameters were optimized: nature of the bait protein, endogenous gene deletion (SSAP), bacteria lysis conditions, chemical cross-link, purification steps… The second part of my thesis focused on the proteomics analysis of the purification fractions obtained and the third part consisted in identifying new partner enzymes. The data processing allowed: 1) to demonstrate the presence of physical interactions between some FAS-II system enzymes; 2) to demonstrate the presence of a new partner enzyme of the system: this protein, called HadD, is potentially involved in one of the key steps of the mycolic acid biosynthesis pathway necessary for the introduction of functional groups on these lipids. The results obtained thanks to the optimized co-immunoprecipitation and SSAP protocols have contributed to the knowledge of the mycobacterial FAS-II system and bring promising leads for the discovery of new partner enzymes.

La tomate (Solanum lycopersicum) [...] présente de nombreux avantages : facilité de culture, temps de génération court, connaissances et ressources importantes, génome séquencé, facilité de transformation... Le développement du fruit est un procédé complexe hautement régulé et divisible en quatre étapes principales : la division cellulaire, l'expansion cellulaire, l’étape appelé « turning » et la maturation. Chaque étape est associée à un phénotype, qui lui-même découle de changements à différents niveaux cellulaires. [...]. Grâce aux récents progrès technologiques et en particulier au développement des «techniques omiques», comme la génomique, la transcriptomique, la protéomique, la métabolomique, les principaux composants cellulaires peuvent désormais être étudiés à haut densité. Dans ce contexte, l'objectif de mon doctorat était d'effectuer une analyse protéomique quantitative du développement du fruit de tomate puis d’intégrer les données «omiques» à la fois par des analyses statistiques et par la modélisation mathématique. Le premier chapitre rapporte les résultats de quantification du protéome de fruit de tomate réalisé en collaboration avec la plateforme PAPPSO (INRA, Gif-sur-Yvette). Des échantillons collectés à neuf stades de développement du fruit de tomate ont été extraits et le protéome quantifié, en absence de marquage, par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS/MS). Ensuite, j'ai cherché la méthode la plus adaptée, testant un ensemble de filtres sur les données, pour obtenir une quantification précise des protéines à partir des intensités ioniques (XIC). Au total, j’ai pu obtenir la quantification absolue de 2494 protéines en utilisant une méthode basée sur la modélisation de l'intensité des peptides. [...] Le deuxième chapitre est consacré aux résultats obtenus par analyses combinées d’«omiques» au cours du développement du fruit de tomate. La transcriptomique a été réalisée en collaboration avec Genotoul GeT (Toulouse) et le groupe Usadel (RWTH Aachen University, Allemagne). Grâce à l’ajout d’étalons internes, plus de 20000 transcrits ont été quantifiés de manière absolue à chacune des neuf étapes de développement. Cette quantification a ensuite été validée par comparaison avec des données de concentration de 71 transcrits précédemment obtenues par PCR quantitative. Enfin, nous avons cherché à intégrer les quatre niveaux de données - transcriptome, protéome, métabolome et activome- afin d‘identifier les principales variables associées au développement. Pour ces quatre niveaux, les analyses ont confirmé que l’entrée en maturation s’accompagne de changements majeurs et révélé une grande similarité entre la fin et le début du développement, notamment au niveau du métabolisme énergétique. Le troisième chapitre porte sur les résultats de modélisation de la traduction protéique obtenus grâce à la quantification absolue du transcriptome et du protéome. Afin d’expliquer la corrélation décroissante observée au cours du développement entre les concentrations en protéines et celles des transcrits correspondants, nous avons résolu un modèle mathématique de la traduction protéique basé sur une équation différentielle ordinaire et impliquant deux constantes de vitesse: pour la synthèse et la dégradation de la protéine. La résolution de cette équation, validée par un critère de qualité basé un intervalle de confiance fermé, a conduit à l'estimation de ces constantes pour plus de 1000 protéines. [...] Enfin le dernier chapitre décrit l’ensemble du matériel et des méthodes utilisées pour obtenir les différents résultats présentés dans le manuscrit. Dans le domaine de la biologie des systèmes, ce travail illustre comment l'intégration de multiples données «omiques» et la modélisation mécanistique basée sur la quantification absolue des «omiques» peut révéler de nouvelles propriétés des composants cellulaires. / The interest of the tomato (Solanum lycopersicum) fruit has spread in plant science where it is used as the model for fleshy fruit. The valuable advantages of the tomato fruit are numerous: an ease of culture, a short generation time, a high knowledge with important resources, a sequenced genome, an ease for transforming…. The development of tomato fruit is a complex regulated process, divided in four main steps: cell division, cell expansion, turning and ripening. Each step is characterized by a phenotype resulting from changes at different cellular levels. Thus, gene expression, protein abundance, enzyme activities, metabolic fluxes and metabolite concentrations show significant changes during these steps. Thanks to recent technologies advances and in particular the development of ‘omics techniques’, such as genomic, transcriptomic, proteomic, metabolomic, the main cell components can now be analysed by high-throughput. In this context, the objective of my PhD was to perform a quantitative proteomic analysis of the tomato fruit development and then integrate omics data both by statistical analyses and by mathematical modelling. The first chapter focused on results obtained for the quantitative proteomic developed in collaboration with the PAPPSO platform (INRA, Gif-sur-Yvette). Samples were harvested at nine stages of tomato fruit development, total proteome was extracted and quantified by label-free LC-MS/MS. Then I searched for the most appropriate method, testing a set of filters on the data, to obtain an absolute label-free protein quantification from ion intensities (XIC). Finally, I obtained the absolute quantification of 2494 proteins using a method based on peptides intensity modelling. The quantification of proteins by LC-MS/MS was then validated by comparison with 32 enzymatic capacities used as proxy for protein abundance. The second chapter was dedicated to the results of integrative omics analyses throughout tomato fruit development. First, transcriptomic has been performed in collaboration with Genotoul GeT (Toulouse) and Usadel‘lab (RWTH Aachen University, Germany). Using spikes in the experimental design, more than 20000 transcripts have been quantitatively determined at the nine stages of development. Then, this absolute quantification of the tomato transcriptome has been cross-validated with 71 transcripts previously measured by qRT-PCR. Finally, we integrated the four omics datasets- transcriptome, proteome, metabolome and activome – in order to identify key variables of the tomato fruit development. For the four levels, analyses confirmed that the entrance in maturation phase was accompanied by major changes, and revealed a great similarity between the end and the beginning of development, especially in the energy metabolism. The third chapter focuses on modelling results of the protein translation based on the absolute quantification of transcriptomic and proteomic. To explain the decreasing correlation observed between proteins and transcripts concentration throughout development, we proposed a mathematical model of protein translation based on an ordinary differential equation and involving two rate constants (for synthesis and degradation of the protein). The resolution of this equation, validated by a quality criteria based on a closed confidence interval, led to the estimation of the rate constants for more than 1000 proteins. These results were then compared with previous published data reported for plants and more widely in eukaryotic cells. Finally, the last chapter describes all the materials and methods used to obtain the results presented in the manuscript.In the systems biology context, this work illustrates how integration of multiple omics datasets and mechanistic modelling based on absolute omics quantification can reveal new properties of cellular component.