Ce travail se propose d'étudier le procédé de protéolyse enzymatique « contrôlé » par l'état structural initial du substrat en vue d'évaluer son influence sur la cinétique de protéolyse, ainsi que sur les propriétés physico-chimiques et les bioactivités associées des peptides libérés. Pour l'étude, nous avons utilisé un substrat modèle, une protéine connue pour ses propriétés antimicrobiennes, les napines. Cette catégorie de protéines est issue d'un co-produit de l'industrie oléifère faiblement valorisé : le tourteau de colza. Tout d'abord, un procédé d'extraction sélectif et de purification de napines a été mis en oeuvre et optimisé à l'aide d'un plan d'expériences multicritère approprié. Le procédé d'extraction et de purification, réalisé initialement à l'échelle du laboratoire, a pu être extrapolé à plus grande échelle, en respectant une démarche d'éco-conception pour produire des napines en quantité suffisante pour la suite de l'étude. Ce travail a montré que les conditions opératoires du procédé retenu n'endommagent pas les structures secondaire et tertiaire de la protéine. Des activités antimicrobiennes des napines ainsi produites ont été validées sur différents micro-organismes pathogènes (Bacillus coagulans et Fusarium langsethiae). Dans un second temps, une étude concernant l'influence des paramètres pouvant avoir une action sur la structure de la protéine, a été réalisée. L'objectif a été de voir s'il était possible de placer la protéine dans des conditions de pH et de température permettant une déstructuration évolutive, en fonction du temps, et d'observer un éventuel impact sur la cinétique de la protéolyse des napines extraites et sur la nature des peptides libérés. Les résultats ont montré que pour un couple de pH/T donné, la « durée d'incubation » devient un facteur clé pour la dénaturation de napines. Ce dernier influence significativement la cinétique de la protéolyse, le mécanisme d'action de la protéase et, par conséquent, la composition des mélanges libérés. Par la suite, l'influence des hydrolysats sur la croissance de cellules animales productrices d'anticorps, cultivées en milieu sans sérum, et leurs capacités moussantes et émulsifiantes, ont été évaluées. Les résultats ont montré une influence majeure de l'état structural initial du substrat (via le degré d'hydrolyse atteignable pour chacune des conditions étudiées) sur les dites propriétés. Au final, ces études ont mis en avant non seulement le potentiel d'une valorisation accrue des napines de tourteau de colza mais aussi, et surtout, un paramètre déterminant sur le « contrôle » du procédé de protéolyse enzymatique pour la production dirigée de peptides / This work aims to study the process of enzymatic proteolysis "controlled" by the initial structural state of the substrate in order to assess its influence on the proteolysis kinetics as well as the physico-chemical properties and associated bioactivity of released peptides. For this study, rapeseed meal napins, known for its antimicrobial activity were used as a substrate. First, a selective extraction and purification process of napines were optimized by an appropriate experimental design. The extraction and purification process initially made at laboratory scale was easily scaled-up. We showed that the operating conditions of these processes would not damage the secondary and tertiary structure of the protein. Moreover, we confirmed an antimicrobial activity of the obtained napins on various microorganisms (Bacillus coagulans and Fusarium langsethiae). In a second step, the study on the influence of the parameters can have an effect on the structure of the protein was performed. The objectives were to see if it was possible to place the protein under conditions of pH and temperature for a progressive breakdown in function of time, and observe any impact on the kinetics of the proteolysis of napines extracted and the nature of the released peptides. The results showed that for a couple of pH / T given the "incubation duration" becomes a key factor for the denaturation of napines. This significantly influences the kinetics of proteolysis, the mechanism of action of the protease, and therefore, the composition of mixtures released. Subsequently, the influence of hydrolysates on the growth of antibody-producing animal cells grown in serum-free medium, and foaming and emulsifying capacity, were evaluated. The initial results showed a major influence of the structural state of the substrate (via the degree of hydrolysis achievable for each of the conditions studied) on such properties. Ultimately, these studies have highlighted not only the potential for increased value of napines rapeseed meal but also, and especially, a key parameter "to control" the process of enzymatic proteolysis for production directed peptides

Nous étudions la migration et la protéolyse de la matrice extracellulaire dans le cancer du sein. Pour cela, nous avons mis en place deux systèmes modèles. Le premier, se base sur une lame basale reconstituée et permet d'évaluer le potentiel invasif de lignées cellulaires tumorales. Nous montrons que les cellules cancéreuses migrent différemment à travers un gel pour former des amas de taille variable directement corrélé à leur pouvoir invasif. Dans notre système, seule la migration de type mésenchymateuse est utilisée par les cellules. Ce type de mouvement est directement dépendant de protéases sécrétées par les cellules. Nous avons, donc mesurée la synthèse au niveau transcriptionnel de la classe d'enzyme majoritairement impliquée dans la dissémination tumorale, les matrice métalloprotéases (MMPs). Nous avons ainsi pu montrer que l'expression de 3 MMPs est corrélée aux capacités migratoires des cellules donc à leur potentiel invasif. Le processus physique par lequel les enzymes dégradent les matrices est très peu étudié au niveau expérimental. Le second système que nous utilisons se base sur un modèle de matrice conjonctive majoritairement composer de collagène de type I. Nous utilisons la gélatine, pour étudier la protéolyse de gels protéiques par différentes classes de protéases. A partirdes études sur la solubilisation enzymatique des gels par l'-chymotrypsine, la protéinase K et la papaïne, nous montrons qu'il existe des mécanismes de dégradation distincts. Le premier est un mécanisme anormal dont la cinétique est limitée par la diffusion de l'enzyme, le second est brownien et la cinétique est limitée par la réaction. Ce second mécanisme dépend directement d'interactions eléctrostatiques entre l'enzyme et le gel. Nous observons pour deux des enzymes que l'évolution des temps de dégradation mais également la cinétique dépendent de la concentration en protéine dans les gels. / We study the migration and proteolysis of the extracellular matrix in breast cancer. For this, we set up two model systems. The first is based on a reconstituted basement membrane and allows the evaluation of invasive potential tumor cell lines. We show that cancer cells migrate differently across the gel to form clusters of variable size directly correlates with their invasiveness. In our system, only the migration of mesenchymal type is used by the cells. This type of movement is directly dependent proteases secreted by the cells. We therefore measured the synthesis at the transcriptional level of the enzyme class mainly involved in tumor dissemination, the matrix metalloproteases (MMPs). We were able to show that the expression of 3 MMPs is correlated with migratory capacity of cells, therefore their invasive potential. The physical process by which enzymes degrade the matrix is very little studied at the experimental level. The second system we use is based on a model of connective matrix mainly composed of collagen type I. We use gelatin for the study of protein gels proteolysis by different classes of proteases. Based on the study of gels enzymatic solubilization by a- chymotrypsin, proteinase K and papain, we show that there are distinct mechanisms of degradation. The first mechanism is abnormal whose kinetic is limited by enzyme diffusion, and the second is Brownian and the kinetic is reaction limited. The second mechanism depends directly on electrostatic interactions between enzyme and gel. We observe for two enzymes that the evolution of degradation time but also the degradation kinetics depend on the concentration of protein in gels.

Le contrôle de la masse musculaire est sous la dépendance d'un équilibre entre les processus de synthèse et de dégradation. Sur le plan cellulaire, deux voies signalétiques majeures sont impliquées : la voie des facteurs de transcription de la famille FoxO qui contrôle l'expression des gènes impliqués dans les systèmes de dégradation (système ubiquitine-protéasome et autophagie), et la voie IGF-1/Akt/mTORC1 qui représente la voie majeure de la synthèse protéique. Nos travaux mettent en évidence, sur des cellules musculaires le rôle de la protéine kinase AMP-dépendante (AMPK) qui inhibe l'activité de la voie mTOR et régule les systèmes ubiquitine-protéasome et autophagiques de manière FoxO3 dépendante. Une nouvelle cible de l'AMPK a également été identifiée : la protéine Ulk1 qui possède une fonction clé dans l'activation de l'autophagie. Par ailleurs, nous avons montré le rôle centraldu facteur d'initiation à la traduction eIF3f dans l'induction de l'hypertrophie, et dans l'augmentation de l'activité de la voie mTORC1 associée. De plus, nous montrons que la surexpression d'un mutant d'eIF3f résistant à la dégradation est associée à une protection effective contre l'atrophie. / Skeletal muscle mass is depending upon a dynamic balance between anabolic and catabolic processes. At a cellular level, two major signaling pathways are involved: the transcription factors FoxO related pathway, implicated in the control of protein breakdown systems(ubiquitin-proteasome system and autophagy), and the IGF-1/Akt/mTORC1 pathway associated with the canonic pathway of protein synthesis. We show in muscle cells that theAMP-activated protein kinase (AMPK) decreases the mTORC1 pathway activity and simulate subiquitin-proteasome and autophagy systems in a FoxO3-dependant manner. Furthermore,we identify Ulk1 as a new interacting partner of AMPK, which plays a major role in the autophagy induction. Moreover, we demonstrate the key role of the eukaryotic translation initiation factor eIF3f in hypertrophy induction and in the associated increase of the mTORC1activity. In addition, we show that the overexpression of an eIF3f mutant resistant to the degradation is associated with a protection against muscle atrophy.

La protéolyse est une fonction clé de la cellule pour le maintien de l'intégrité du protéome, pour le métabolisme et pour la régulation de nombreux processus physiologiques. Le travail présenté dans cette thèse porte sur une famille de complexes peptidases cytosoliques auto-compartimentés et énergie indépendants découverts chez les Archées, les aminopeptidases TET. Chez l'Archée hyperthermophile Pyrococcus horikoshii, organisme modèle de cette étude, il existe 3 peptidases TET présentant chacune des spécificités de substrats différentes. Les caractérisations structurales des différents membres connus de cette famille de peptidases ont révélé un assemblage dodécamériques creux en forme de tétraèdre d'environ 450 kDa. Des études récentes ont montré l'existence de complexes adoptant la même conformation que les TET dans les 3 domaines du vivant. La première partie du travail présenté a permis d'identifier des marqueurs structuraux caractéristiques de l'assemblage tétraédrique afin de déterminer sans ambiguïté l'appartenance de ces complexes à la famille des TET. La seconde partie de l'étude a conduit à élucider la question de la multiplicité des TET chez les Archées hyperthermophile mise en évidence grâce à une étude phylogénétique initiée pendant la thèse. L'étude en co-expression de PhTET2 et PhTET3 révèle que ces aminopeptidases sont capable de former un hétéro-oligomère présentant une activité enzymatique accrue vis-à-vis des homo-oligomères. La dernière partie du travail porte sur les relations oligomérisation-fonction chez les peptidases TET. L'étude d'un mutant de l'oligomérisation de PhTET2 via une stratégie intégrative alliant biochimie, enzymologie, biophysique (SAXS et AUC) et des études in vivo a permis de mettre en évidence un processus d'assemblage contrôlé permettant d'augmenter l'efficacité de la peptidase. Enfin, la méthode de variation de contraste en diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) appliqué à l'étude de l'hétéro-oligomère a permis de révéler une topologie rationalise du complexe hétéro-oligomérique favorisant la formations de poches multi-catalytique. L'ensemble de ce travail contribue à mieux comprendre l'importance et le rôle physiologique des machines TETs dans les cellules. / Proteolysis is a key function in the cell for the maintenance of the proteome integrity, the metabolism and for the regulation of many physiological processes. The thesis work is focused on a family of self-compartmentalized energy-independent cytosolic peptidases discovered in Archaea, the TET aminopeptidases. Three different TET showing contrasted enzymatic specificities co-exist in the cytosol of the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus horikoshii, which is the model organism for this study. The structural characterization of the known members of this family shows that they self-assemble in a unique 450 kDa hollow tetrahedral structure . Recent studies have revealed the existence of peptidases complexes that adopt the same conformation in the three domains of life. The first part of this work allowed identifying structural markers to assign without any ambiguity uncharacterized peptidases to the TET family. The second objective of the work was to understand the multiplicity of TET peptidases in hyperthermophilic archaeon that was highlighted by a phylogenomic study presented in this work . The co-expression of PhTET2 and PhTET3 in E. coli revealed that the two proteins form a hetero-oligomeric complex with enhanced enzymatic activity compared to the homo-oligomers. The last part of the work addressed the question of oligomerization-function relationship in TET particles. A mutagenesis strategy was used to slow down the oligomerization process of PhTET2, and, using an integrative strategy combining biochemistry, enzymology, biophysics (SAXS and AUC) and in vivo studies we were able to dissect the oligomerization pathway of the TET particles and to demonstrate that it is a highly controlled process aim to enhance the activity of the peptidases. Finally, the contrast variation technique in small angle neutron scattering studies (SANS) allowed us to unravel the rational topology of the TET hetero-oligomers that favored the formation of multi-catalytic enzymatic pockets in the complex. All theses studies contributed to specify the biological importance of the TET molecular machines in the cells.

Les maladies cardiovasculaires, conséquence de l’athérosclérose, sont la première cause de morbi-mortalité dans le monde et voient leur incidence et sévérité augmenter avec l’expansion de leurs principaux facteurs de risque, tels que l’âge, l’obésité et le diabète. La sténose valvulaire aortique, valvulopathie la plus fréquemment rencontrée dans les pays occidentaux essentiellement chez le sujet vieillissant, partage de fortes similitudes avec l’athérosclérose vasculaire. En effet, les plaques athéroscléreuses et les lésions valvulaires sont le siège de processus d’inflammation, d’angiogenèse, de fibrose et de calcification. Les macrophages, issus de la différenciation tissulaire des monocytes infiltrés, jouent un rôle clé dans l’apparition des lésions athéroscléreuses vasculaires et leur devenir. Leur rôle dans l’état inflammatoire des lésions est aujourd’hui bien établi avec de récentes publications qui font état des propriétés plastiques des macrophages, selon leur microenvironnement. Deux principaux sous types de macrophages ont été décrits dans les plaques athéroscléreuses, les macrophages M1 dit « classiques » et M2 dits « alternatifs ». Leur rôle respectif dans la thrombogénécité, la protéolyse et l’angiogenèse, processus impliqués dans l’instabilité de la plaque, ont été moins étudiés. En revanche, les macrophages sont peu décrits dans la valve, à l’inverse des cellules interstitielles de valves (VIC), qui sont cruciales pour le maintien de l’homéostasie et la fonction valvulaire et sont impliquées dans la fibrose et la rigidité des feuillets valvulaires. Mon travail de thèse a pour objectif d’étudier les rôles des macrophages M1/M2 dans les pathologies vasculaires et valvulaires chez l’homme. Nous nous sommes focalisés sur leurs rôles dans l’instabilité de la plaque athéroscléreuse (processus de coagulation et de remodelage vasculaire) et dans la fibrose valvulaire ainsi que sur leur modulation phénotypique par d’autres types cellulaires présents dans les lésions, les polynucléaires neutrophiles dans la plaque ou les VIC dans la valve.Nos résultats suggèrent que les macrophages M1 et M2 pourraient moduler différemment des processus physiopathologiques majeurs de l'athérosclérose. Par ailleurs, les macrophages M1 de patients diabétiques présentent un phénotype délétère qui pourrait expliquer la plus grande vulnérabilité des plaques d’athérosclérose observée chez ces sujets. Concernant la pathologie valvulaire, après avoir caractérisé par analyse histologique les M1/M2 dans les valves aortiques humaines, nous avons montré que les macrophages M1 sont impliqués dans la progression de la fibrose via la modulation de leur répertoire sécrétoire par les VIC.Cette thèse apporte de nouveaux indices sur les processus physiopathologiques impliqués dans les maladies vasculaires et valvulaires. Elle met l’accent sur le rôle délétère des macrophages M1 chez les sujets diabétiques en pathologie vasculaire et identifie également une fonction jusque-là méconnue des M1 dans la progression de la fibrose, associée au « cross-talk » avec les VIC. Il conviendra par la suite d’identifier les mécanismes moléculaires sous-jacents à ces intéractions, ce qui devrait permettre d’envisager de nouvelles voies thérapeutiques visant à moduler l’effet de ce sous-type cellulaire dans ces pathologies. / Cardiovascular disease, as a result of atherosclerosis, are the main cause of morbidity and mortality in the world and see their incidence and severity increase with the expansion of their major risk factors, such as age, obesity and diabetes. Aortic valve stenosis, valve disease most frequently encountered in Western countries mainly in the old subject, shares strong similarities with vascular atherosclerosis. Indeed, atherosclerotic plaques and valvular lesions are the site of inflammation, angiogenesis, fibrosis and calcification processes. Macrophages, from monocytes infiltrated tissue differentiation, play a key role in the development of vascular atherosclerotic lesions and their future. Their role in the inflammatory state of the lesions is now well established with recent publications that report on plastic properties of macrophages, according to their microenvironment. Two major subtypes of macrophages have been described in the atherosclerotic plaques, classically (M1) or alternatively (M2) activated macrophages. Their respective role in thrombogenicity, proteolysis and angiogenesis processes involved in plaque instability, have been less studied. In contrast, macrophages are not disclosed in the valve, compared to the valvular interstitial cells (VIC), which are crucial for the maintenance of homeostasis and the valvular function and are involved in the fibrosis and rigidity of the valvular leaflets. My thesis aims to study the roles of macrophages M1/M2 in vascular and valvular pathologies in humans. We focused on their roles in the instability of atherosclerotic plaque (haemostatic or clotting process and vascular remodeling) and valvular fibrosis and their phenotypic modulation by other cell types present in the lesions, neutrophils (PNN) in the plaque or VIC in the valve.Our results suggest that the M1 and M2 macrophages may differently modulate major pathophysiological processes of atherosclerosis. In addition, M1 macrophages from diabetic patients have a deleterious phenotype that could explain the increased vulnerability of atherosclerotic plaques observed in these subjects. About valvular pathology, after characterized histologically M1/M2 in human aortic valves, we have shown that the M1 macrophages are involved in the progression of fibrosis through the modulation of their secretory repertoire by VIC.This work provides new clues about the pathophysiological processes involved in vascular and valvular diseases. It focuses on the deleterious role of M1 macrophages in diabetic subjects in vascular pathology and also identifies an unknown function of M1 in the progression of fibrosis associated with "cross-talk" with VIC. It will be necessary later to identify the molecular mechanisms underlying these interactions, which is expected to consider new therapeutic approaches to modulate the effect of this cell subtype in these diseases.

La perte de masse et de force musculaires liée à l’âge, ou sarcopénie, pourrait être partiellementexpliquée par un défaut de récupération de masse musculaire après des épisodes générateursd’atrophie musculaire. Ainsi, les périodes d’immobilisation qui augmentent avec l’âge (alitement,convalescence, fracture) pourraient être suivies d’une absence de récupération musculaire etcontribuer à la fonte musculaire au cours du vieillissement. Les causes de ce défaut de récupérationimpliquent notamment un déséquilibre du taux de renouvellement protéique et du taux derenouvellement cellulaire. L’objectif de cette thèse a donc été de mettre en évidence les mécanismesresponsables de l’atrophie musculaire chez le rat âgé au cours de l’immobilisation et ceux quiseraient défaillants afin de déceler les mécanismes à cibler pour favoriser la récupérationmusculaire.Des rats âgés ont été immobilisés pendant 8 jours par plâtrage unilatéral de la patte arrière, puislaissés en récupération pendant 40 jours après le déplâtrage. Nous avons montré que chez cesanimaux nourris avec un régime contenant 13% de caséine, l’immobilisation entraîne une atrophiedes muscles immobilisés mais, contrairement au rat adulte, le rat âgé ne récupère jamais la massemusculaire perdue. L’atrophie des muscles immobilisés peut être expliquée par 1/ une augmentationde l’apoptose et de la protéolyse ubiquitine-protéasome-dépendante musculaires, 2/ une diminutionde la régénération des cellules musculaires et 3/ une diminution de la protéosynthèse musculaire àl’état nourri. Tous ces phénomènes pourraient résulter de la présence d’un fort stress oxydant etd’une importante inflammation intramusculaire. Tous ces paramètres sont normalisés dès 10 jours derécupération, ce qui permet de stopper l’atrophie mais ne permet pas d’initier la phase derécupération musculaire. Nous avons donc testé l’effet de différentes supplémentationsnutritionnelles au cours de la période de récupération afin de favoriser un gain de masse musculairepost immobilisation. Des supplémentations en leucine (acide aminé bien connu pour stimuler laprotéosynthèse et inhiber la protéolyse) ont ainsi été réalisées. Chez les rats supplémentés, uneamélioration de la synthèse protéique et une normalisation plus précoce des activités protéolytiquesdu protéasome ont été observées. Cependant cette amélioration du métabolisme protéique ne s’estpas traduite par un gain de masse musculaire. Par contre, la modulation qualitative et quantitative desapports en protéines a pu permettre d’obtenir une récupération significative de masse musculaire :ainsi des régimes contenant 13% de lactosérum et des régimes hyper-protéinés ont permis de gagner50% de la masse perdue et ce, dès 20 jours de récupération.Nos résultats montrent que l’immobilisation chez le rat âgé aggrave la sarcopénie. Une fortealtération du métabolisme protéique permet d’expliquer la perte de muscle et la seule normalisationde la protéolyse et de la protéosynthèse permet d’expliquer l’absence de récupération musculaire.Nous avons montré que la modulation des apports en protéines au cours de la phase de récupérationpouvait permettre un gain de protéines. / Sarcopenia, the age-related muscle mass loss, might be partially explained by an impairedmuscle mass recovery of skeletal muscle mass after a catabolic state. Thus, immobilization periodswhich increase with aging could induce a muscle atrophy followed by a lack of muscle massrecovery. An imbalance of protein and cellular metabolisms are certainly involved in this absenceof recovery. The aim on this Ph.D thesis was to explore the mechanisms involved in muscle massatrophy during immobilization and their possible alteration during the recovery period in old rats.Old rats were immobilized for 8 days by unilateral hind limb casting and then allowed torecover for 40 days. Our results showed that animals fed a 13% casein diet wasted muscle mass inimmobilized muscles but, contrarily to adult animals, they never recovered the muscle mass loss.Muscle atrophy was due to 1/ an increase of apoptotic and ubiquitine-proteasome-dependentproteolytic pathways, 2/ a decrease of muscle regeneration processes and 3/ a decrease of muscleprotein synthesis at the fed state. These changes paralleled an increase of intracellular inflammationand oxidative stress. As these parameters were only normalized during the recovery period, theresultant nitrogen balance was then not enough positive as required for the muscle protein gain,hence contributing to the age-related incomplete muscle mass recovery. We tested free leucinesupplementation (an amino acid known for its stimulatory effect on protein metabolism) during therecovery period to improve muscle mass gain. This supplementation induced a greater muscleprotein synthesis in supplemented animals, but without any muscle mass gain. However, wedemonstrated here for the first time that muscle protein accretion after immobilization-inducedatrophy could be achieved with whey protein or high protein diets.In conclusion, we demonstrated that immobilization in old rats induced a muscle mass atrophyfollowed by an incomplete recovery, hence contributing to the development of sarcopenia. We alsodemonstrated that this lack of recovery cannot be overcome by a dietary free leucinesupplementation, despite a positive effect on protein metabolism, contrarily to high protein andwhey protein diets.

Au cours des dernières décennies, le régime alimentaire a subi une transition sans précédent, avec une augmentation de la consommation de protéines, de lipides et de glucides simples, et la diminution des apports en fibres. Par ailleurs, au-delà de la composition, la structure des aliments joue un rôle essentiel sur les cinétiques de digestibilité et la biodisponibilité des nutriments, modulant ainsi leur accessibilité pour microbiote dans le côlon. L’impact de la structure d’une matrice alimentaire complexe, formée de protéines et de lipides, sur le microbiote a été analysé de façon intégrée et a montré in vivo que la structure seule, dans le contexte d’un régime équilibré, pouvait altérer la composition du microbiote dans les zones distales et proximales que sont l’iléon et le cæcum. L’émulsion de protéines natives en phase liquide continue avec de fines gouttelettes protéolipidiques a arboré des protéines moins digestibles que l’émulsion de protéines dénaturées, en phase gélifiée, solide, avec de grandes gouttelettes. D’autre part, les lipides de l’émulsion solide étaient, à l’inverse, moins digestibles. Les protéines non digérées de l’émulsion liquide ont favorisé in vivo, les communautés de Lactobacillus et de Copprococcus tout en activant plus fortement les métabolismes de protéolyse. Inversement, les communautés de Bifidobacterium et d’Akkermansia muciniphila ont vu leurs abondances augmenter chez les rats consommant l’émulsion solide. Le deuxième objectif de ce travail de thèse a alors été d'analyser la capacité d'espèces prévalentes du microbiote intestinal humain à métaboliser des protéines non digérées. Nous avons montré, par le suivi des cinétiques de croissance et des productions de métabolites spécifiques, que les protéines du lait étaient une source d'énergie pour B. caccae, P. distasonis, B. longum et B. cocccoides en milieu pauvre ainsi qu'en milieu riche. Dans ces mêmes conditions, le transcriptome de B. caccae a montré la sur-expression de gènes codant pour des peptidases de specifités différentes, pour la production d'indoles, de GABA et de fimbriae. Ces travaux apportent des informations nouvelles sur l'impact de la structure sur l'écosystème digestif, et ouvre des portes pour le développement de nouveaux aliments. / Over the past decades, diet in developed countries has undergone an unprecedented transition, with increased intakes of protein, fat and high glycemic index carbohydrates. The first goal of this PhD work was to investigate how, beyond its composition, the food structure itself could play a part in nutrient digestibility and bioavailability, and consequently modulate the microbiota. We showed in vivo that the structure of proteino-lipidic emulsions modulated peptides transporters, and protein fermentation. The native proteins emulsion in a continuous liquid phase, with fine proteolipid droplets, was less digestible and led to more protein fermentation. It modified the gut microbiota composition in the distal and proximal intestinal sections and increased Lactobacillus and Coprococcus communities. A second in vivo study, using 15N labelled emulsions allowed us to disentangle the digestibility from the transit time effect. The second objective of the PhD was to characterize the capacity of prevalent human gut bacterial species to use undigested proteins as energy source. By monitoring growth kinetics and the production of specific metabolites, we showed that B. caccae, P. distasonis, B. longum et B. cocccoides could use whey protein as energy source. In addition we measured in B. caccae transcriptome, the over-expression of genes encoding for distinct peptidases, but also of GABA and indole pathways, and fimbriae biosynthesis. These data provide new insights on the relationships between food structure and the digestive ecosystem and could lead to the design of new functional food.

La consommation d'un régime hyper protéique (HP) améliore l'homéostasie glucidique, le gain de poids, l'adiposité, en réduisant le tissus adipeux blanc et la taille des adipocytes. Les adaptations métaboliques dues à l'augmentation de l'apport protéique sont au moins caractérisées, au niveau du foie, par la diminution de la lipogenèse et l'augmentation de la conversion des acides aminés (AA) en glycogène. Cependant, le rôle des acides aminés dans le contrôle de ces adaptations métaboliques et des voies de transduction responsables de la transmission du signal " acides aminés " n'ont pas encore été élucidés. L'objectif de notre étude a été de déterminer l'effet de l'augmentation de l'apport en acides aminés sur la traduction et la protéolyse, et d'identifier les voies de signalisation impliquées dans la détection des acides aminés ainsi que l'acide aminé ou le groupe d'acide aminés responsable de ces effets, en utilisant des approches in vivo et in vitro. Les extraits protéiques ont été analysés par western blots pour examiner l'état de phosphorylation des protéines impliquées dans les voies de signalisation qui participent à la détection des AAs et à la régulation de la traduction, à savoir les voies: " mammalian target of rapamycin " (mTOR), " adenosine monophosphate-activated protein kinase " (AMPK) et " general control non-depressible kinase 2 " (GCN2). Cette étude a montré que l'adaptation à un régime de HP est caractérisée par la stimulation de la traduction dans le foie, au moins au niveau de l'étape d'initiation. Cette activation requiert à la fois la présence de fortes concentrations en AA (au moins la leucine ou des AAs à chaîne branchée) et d'insuline, comme l'indique l'augmentation de la phosphorylation de mTOR, 4E-BP1 et S6 et la diminution de la phosphorylation de l'AMPK et GCN2. L'utilisation de l'AICAR (activateur de l'AMPK) et de la rapamycine (inhibiteur de mTOR) nous a permis de montrer qu'en présence de fortes concentrations en AA et d'insuline, mTOR n'est pas le seul régulateur de 4E-BP1 et de la S6K1 (cibles de mTOR) et que l'AMPK peut également jouer un rôle important dans la régulation de leur état de phosphorylation. En outre, l'augmentation de l'apport protéique provoque une inhibition de la dégradation des protéines dans le foie et une diminution de l'expression des gènes codant les principales protéines du système autophagie et de l'ubiquitine-protéasome. En conséquence, les protéines sont moins ubiquitinées, donc moins dégradées. Les AAs et l'insuline semblent être les principaux régulateurs de la voie de protéolyse ubiquitine-protéasome et les voies mTOR et AMPK seraient les médiateurs des effets acides aminés et de l'insuline. Ces résultats suggèrent que le contrôle des voies cataboliques et anaboliques du métabolisme des protéines sont régulées par les mêmes signaux et font intervenir les mêmes voies de signalisation.

Le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du SNC et est impliqué dans le développement du cerveau, la plasticité synaptique et la pathogénèse de maladies telles que l’épilepsie, les troubles de l’anxiété et la douleur chronique. Le modèle actuel de fonctionnement du récepteur GABA-B implique l’hétérodimérisation GABA-B1/B2, laquelle est requise au ciblage à la surface membranaire et au couplage des effecteurs. Il y est cependant des régions du cerveau, des types cellulaires et des périodes du développement cérébral où la sous-unité GABA-B1 est exprimée en plus grande quantité que GABA-B2, ce qui suggère qu’elle puisse être fonctionnelle seule ou en association avec des partenaires inconnus, à la surface cellulaire ou sur la membrane réticulaire. Dans le cadre de cette thèse, nous montrons la capacité des récepteurs GABA-B1 endogènes à activer la voie MAPK-ERK1/2 dans la lignée dérivée de la glie DI-TNC1, qui n’exprime pas GABA-B2. Les mécanismes qui sous-tendent ce couplage demeurent mal définis mais dépendent de Gi/o et PKC. L’immunohistochimie de récepteurs endogènes montre par ailleurs que des anticorps GABA-B1 dirigés contre la partie N-terminale reconnaissent des protéines localisées au RE tandis des anticorps C-terminaux (CT) marquent une protéine intranucléaire. Ces données suggèrent que le domaine CT de GABA-B1 pourrait être relâché par protéolyse. L’intensité des fragments potentiels est affectée par le traitement agoniste tant en immunohistochimie qu’en immunobuvardage de type western. Nous avons ensuite examiné la régulation du clivage par le protéasome en traitant les cellules avec l’inhibiteur epoxomicine pendant 12 h. Cela a résulté en l’augmentation du marquage intranucléaire de GABA-B1-CT et d’un interacteur connu, le facteur de transcription pro-survie ATF-4. Dans des cellules surexprimant GABA-B1-CT, l’induction et la translocation nucléaire d’ATF-4, qui suit le traitement epoxomicine, a complètement été abolie. Cette observation est associée à une forte diminution du décompte cellulaire. Étant donné que les trois derniers résidus de GABA-B1-CT (LYK) codent un ligand pseudo-PDZ et que les protéines à domaines PDZ sont impliquées dans la régulation du ciblage nucléaire et de la stabilité de protéines, en complément de leur rôle d’échaffaud à la surface cellulaire, nous avons muté les trois derniers résidus de GABA-B1-CT en alanines. Cette mutation a complètement annulé les effets de GABA-B1-CT sur l’induction d’ATF-4 et le décompte cellulaire. Cette deuxième série d’expériences suggère l’existence possible de fragments GABA-B1 intranucléaires régulés par le traitement agoniste et le protéasome dans les cellules DI-TNC1. Cette régulation d’ATF-4 dépend des résidus LYK de GABA-B1-CT, qui modulent la stabilité de GABA-B1-CT et favorisent peut-être la formation d’un complexe multiprotéique incluant GABA-B1-CT, ATF-4, de même qu’une protéine d’échaffaudage inconnue. En somme, nous démontrons que les sous-unités GABA-B1 localisées au RE, lorsque non-hétérodimérisées avec GABA-B2, demeurent capables de moduler les voies de signalisation de la prolifération, la différentiation et de la survie cellulaire, via le couplage de protéines G et possiblement la protéolyse régulée. Les mécanismes de signalisation proposés pourraient servir de nouvelle plate-forme dans la compréhension des actions retardées résultant de l’activation des récepteurs 7-TMs. / GABA is the principal inhibitory neurotransmitter in the CNS and is implicated in brain development, synaptic plasticity and the pathogenesis of diseases such as epilepsy, anxiety disorders and chronic pain. In the current model of GABA-B function, there is a requirement for GABA-B1/B2 dimerization for targetting to the cell surface and effector coupling. However, there are certain brain regions (putamen), cell types (glial cells) and times during brain development where GABA-B1 is expressed in higher amounts than GABA-B2, suggesting that GABA-B1 might be functional alone or in association with unidentified partners, either at the cell surface or on the ER membranes. In this thesis, we first show the capacity of endogenous GABA-B1 receptors to activate the MAPK-ERK1/2 pathway in the DI-TNC1 glial-derived cell line which does not express GABA-B2. The underlying mechanisms remain incompletely defined but depend on Gi/o and PKC. Immunohistochemistry of endogenous receptors shows that GABA-B1 N-terminal antibodies recognize ER-localized proteins and that C-terminal (CT) antibody shows intranuclear distribution. This data suggests that fragments of the GABA-B1 receptor are generated by proteolysis and indeed we show that agonist treatment affects the intensity of certain C-terminal GABA-B1 fragments both in immunohistochemistry and western blots suggesting that the GABA-B1 receptor is subjected to regulated proteolysis. Since a 13-residue potential PEST sequence was localized immediately distal to the ER retention motif in the GABA-B1 CT, we examined proteasome regulation of the cleavage event. Following a 12h treatment with the proteasome inhibitor, epoxomicin, we detected increases in intranuclear staining for both GABA-B1 and a known interactor, the pro-survival transcription factor ATF-4, using confocal microscopy and by western blotting of nuclear extracts. These increases are due either to proteasome inhibition or activation of the ER stress pathway. In cells overexpressing GABA-B1-CT, ATF-4 induction and nuclear translocation, which normally follows epoxomicin treatment, was completely abolished. This observation was associated to a strong decrease in cell number. Since the last three residues of GABA-B1-CT (LYK) encode a pseudo-PDZ ligand and that PDZ domain protein regulate nuclear targeting and protein stability, in complement to their role in scaffolding at the cell surface, we mutated the last three residues of GABA-B1-CT to alanines. This mutation completely reversed the effect of GABA-B1-CT on ATF-4 induction and on cell number. This second set of data suggests the existence of agonist and proteasome-regulated intranuclear GABA-B1 fragments in DI-TNC1 cells. Further, the GABA-B1-CT pseudo-PDZ ligand appears to be critically important in regulating ATF-4 induction by modulating GABA-B1-CT stability and perhaps by favoring the formation of a multiprotein complex with ATF-4, ATF-4 interactors and an unknown scaffolding protein. Overall, we show that ER-localised GABA-B1 subunits, when not dimerized with GABA-B2, can still modulate proliferation, differentiation and survival pathways, both through G-protein coupling and regulated proteolysis. The signalling mechanisms which we propose could serve as a new platform in understanding the long term effects of 7-TM receptor activation.

De nombreuses fonctions cellulaires essentielles telles que la traduction, l'épissage, la biogenèse des ribosomes et la réplication des télomères font appels aux particules RNP non codantes. La biogenèse de ces dernières chez les eucaryotes est un processus très complexes qui fait intervenir de nombreux facteurs cellulaires. La biogenèse du ribosome nécessite au moins 150 facteurs. Ceux-ci sont importants pour faciliter mais également contrôler la biogenèse de cette machinerie cellulaire essentielle qu'est le ribosome. Parmi ces facteurs, nous avons les snoRNP à boîtes C/D. Ces RNP sont impliqués dans la maturation des pré-ARNr (méthylation post-transcriptionnelle des riboses et clivages endonucléolytiques). Récemment notre laboratoire a participé à la découverte de facteurs d'assemblage de ces RNP. Il s'agit entre autre des protéines Rsa1p, du complexe R2TP (Rvb1p, Rvb2p, Tah1p et Pih1p) et de Hit1p chez la levure Saccharomyces cerevisiae. En utilisant une approche de co-expression à haut débit, nos travaux ont révélé un réseau complexe d'interactions entre les protéines constitutives des snoRNP et leurs facteurs d'assemblage. Couplé à une stratégie de protéolyse ménagée, la co-expression nous a permis d'obtenir des sous-complexes protéiques Snu13p/Rsa1p et Rsa1p/Hit1p qui font actuellement l'objet d'une étude structurale par RMN. En collaboration avec l'équipe de F. Allain (ETH Zurich), nous avons également déterminé la structure tridimensionnelle de la protéine Tah1p, ainsi que de son complexe avec le peptide C-terminale de la protéine chaperonne Hsp90 à haute résolution. Ces travaux ont révélé un mode d'association particulier entre le domaine TPR de la protéine et le peptide / A lot of essential cellular functions like translation, splicing, ribosome biogenesis and telomere replication need the activity of non coding RNPs. The biogenesis of non coding RNPs in eukaryotes is a complex pathway involving numerous cellular factors. For instance, ribosome biogenesis requires more than 150 factors. They are important to facilitate and to control the biogenesis of this essential cellular machinery. These factors include the C/D box snoRNPs. These RNPs are involved in pre-rRNA maturation (post-transcriptional ribose methylation and endo-nucleolytic cleavages). Recently, our laboratory participated to the discovery of snoRNP assembly factors: the Rsa1p protein, R2TP complex (Rvb1p, Rvb2p, Tah1p and Pih1p) and Hit1p in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Using a high throughput co-expression approach, we deciphered a network of interactions between RNP core proteins and the assembly factors. Coupled with a limited proteolysis strategy, the co-expression method allowed us to obtain proteins sub-complexes Snu13p/Rsa1p and Rsa1p/Hit1p which are currently studied by NMR. In collaboration with the F. Allain team (ETH Zurich), we also determined the tridimensional structure of protein Tah1p and its complex with the chaperon Hsp90 C-terminal peptide at high resolution. The data obtained reveal a particular mode of association of the Tah1p TPR domain with the Hsp90 peptide