La glycosylation des protéines est une modification co/post-traductionnelle, localiséeprincipalement dans l’appareil de golgi, impliquée dans divers processus physiologiques. Àl’inverse de la synthèse des protéines et des nucléotides, celle des sucres est plus complexe,en partie, à cause des nombreux branchements structuraux et de la diversité stéréochimiquedes glycannes. Les glycosyltransférases sont les enzymes responsables de la biosynthèse desoligo- et polysaccharides. Cependant, il existe différents procédés permettant de réaliser lasynthèse in vitro d’oligosaccharides tels que des procédés chimiques, enzymatiques ouchimio-enzymatiques. La Core 2 β(1,6)-N-acétylglucosaminyltransférase I (C2GnT-I) est uneglycosyltransférase (GT) transmembranaire de type II qui crée une liaison β1,6 entre une Nacétylglucosamine(GlcNAc) et la N-acétylgalactosamine (GalNAc) d’un noyau Core 1,formant ainsi une structure branchée de type Core 2. Une fois le branchement Core 2 initié,au moins trois réactions successives de transfert peuvent avoir lieu, impliquant les β(1,4)-galactosyltransférases, les α(2,3)-sialyltransférases et les α(1,3)-fucosyltransférases. Il estadmis que les GTs sont réparties séquentiellement dans les compartiments cis, médian ettrans de l’appareil de Golgi selon leur ordre d’intervention et le type cellulaire. Nous avonsmis au point un procédé de reconstitution membranaire, comportant des glycoprotéinesgolgiennes, dont les GTs, par l’intermédiaire d’une lectine, la wheat germ agglutinin (WGA).Il est admis que la WGA interagit avec les composants de la membrane plasmique et ceux del’appareil de Golgi. L’étude de notre système membranaire reconstitué a mis en évidence uneactivité élevée de la C2GnT-1 in vitro, et son efficacité à synthétiser des oligosaccharidesbranchés Core 2, par glycosylation séquentielle. / Protein glycosylation is a co/posttranslational modification, localized in the Golgi apparatus,involved in various physiological processes. Sugar synthesis is more complex than that ofproteins and nucleic acids, in part because of the glycosidic bond and glycan stereochemistrydiversity. Glycosyltransferases are enzymes responsible of oligo- and polysaccharidesbiosynthesis. Various methods are used for the synthesis of oligosaccharides, in vitro, suchas chemical, enzymatic or chemo-enzymatic. Core 2 β(1,6)-N-acetylglucosaminyltransferase I(C2GnT-I) is a type-II transmembrane glycosyltransferase (GT). This enzyme create a β1,6bond between N-acetylglucosamine (GlcNAc) and Core 1 N-acetylgalactosamine (GalNAc),forming a Core 2 branched structure. Once the Core 2 branch is initiated, at least threesuccessive transfer reactions can take place, involving β(1,4)-galactosyltransferases, α(2,3)-sialyltransferases and α(1,3)-fucosyltransferases. It is known that GT are distributedsequentially in the cis, medial and trans Golgi apparatus in order of intervention andaccording to cell type. We have developed a membrane reconstitution process comprisinggolgi glycoproteins, including GT, by the use of a lectin, the wheat germ agglutinin (WGA). Itis known that WGA interacts with plasma membrane and Golgi apparatus components. Ourreconstituted membrane system showed a high C2GnT-1 activity in vitro and its effectivenessin synthesizing Core2 branched oligosaccharides by sequential glycosylation.

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie Gram-négative qui présente une grande résistance aux antibiotiques, lui permettant de sévir dans le milieu hospitalier en infectant plus particulièrement les patients immunodéprimés. Cette résistance est principalement due au système d’efflux membranaire MexAB-OprM, capable d’exporter les antibiotiques en dehors de la cellule. Cette pompe à efflux est composée de trois protéines, MexA, MexB et OprM, incorporées dans les membranes internes et externes de la paroi bactérienne. Les structures de MexA, OprM et AcrB -une protéine présente chez E. coli, homologue de MexB- ont été déterminées individuellement par cristallographie des rayons X. Cependant, la structure du complexe entier, regroupant les trois protéines en interaction, ainsi que le mécanisme de cette pompe font toujours défaut. Le renforcement de nos connaissances structurales et fonctionnelles est donc capital pour lutter plus efficacement contre ces bactéries, par de nouvelles stratégies médicamenteuses. Ce travail porte sur l’étude de la structure et de la stœchiométrie de l’assemblage des protéines OprM et MexA au sein d’une membrane lipidique. La caractérisation du complexe OprM/MexA a été réalisée à l’aide de nouvelles techniques de caractérisation physico-chimique des surfaces, telle que la Microbalance à Cristal de Quartz avec Mesure de Dissipation (QCM-D), et par des méthodes d’imagerie, telles que la Cryo-Microscopie Electronique en Transmission (CryoMET) et la Cryo-Tomographie Electronique (CryoTE). En QCM-D, les mesures d’interaction entre OprM et MexA ont été réalisées sur support solide en contrôlant l’orientation d’OprM placée dans un environnement lipidique. Après ajout de la protéine MexA, la formation de complexes OprM/MexA a été mise évidence. Pour comprendre l’organisation de ce complexe, nous avons procédé à une étude comparative de l’organisation des protéines OprM, MexA et du complexe OprM/MexA incorporés dans une membrane lipidique, par CryoMET. Trois types d’organisation, respectivement spécifiques d’OprM, de MexA et du complexe OprM/MexA, ont été mis en évidence. Une analyse structurale de ces trois différents assemblages, pris en sandwich entre deux membranes lipidiques, a été menée par CryoTE. La reconstitution de la protéine OprM conduit à la formation de protéoliposomes, dû à des interactions intervenant entre les protéines OprM au niveau de leurs hélices périplasmiques. La protéine MexA s’organise sous forme d’une structure annulaire de 13 nm de hauteur au sein des membranes lipidiques, et d’une structure plus complexe de 26 nm de hauteur, résultant de l’empilement tête-bêche de deux structures annulaires de 13 nm. Ce travail révèle les dimensions exactes de l’assemblage formé par MexA, et permet de localiser à proximité des membranes les domaines non résolus dans la structure cristallographique. La reconstitution du complexe OprM/MexA révèle une disposition régulière des deux protéines dans les membranes lipidiques. Au sein des complexes, les protéines OprM sont présentes sous forme de trimères. Dans la membrane opposée, à l’aplomb d’une molécule d’OprM, MexA ne forme pas une structure annulaire similaire à celle décrite précédemment, indiquant un état d’oligomérisation différent de celui observé dans les assemblages MexA. Les densités de MexA sont compatibles avec la présence de quelques molécules de MexA. Cependant des structures annulaires de MexA, positionnées à l’aplomb de trois trimères d’OprM sont visibles. Notre étude montre que MexA adopte des structures oligomériques spécifiques en fonction de ses interactions avec les membranes lipidiques ou avec son partenaire OprM. / The structure determination of membrane protein in lipid environment can be carried out using cryo electron microscopy combined with the recent development of data collection and image processing. We describe a protocol to study assemblies or stacks of membrane protein reconstitued into a lipid membrane using both cryo electron tomography and single particle analysis which is an alternative approach to electron crystallography for solving 3D structure. We show the organization of the successive layers of OprM molecules revealing the protein-protein interactions between OprM molecules of two successive lipid bilayers.