Les mécanismes adhésifs jouent un rôle crucial en biologie. Les cadhérines classiques constituent une des principales familles d'adhésion cellulaire dépendante du calcium. Ces glycoprotéines transmembranaires sont impliquées dans des interactions principalement homophiles. Ces interactions régulent des voies de signalisation impliquées dans de nombreux phénomènes biologiques. Cette thèse porte sur l'étude comparative des dynamiques d'interactions des cadhérines E- et -11, prototypes respectivement des cadhérines classiques de type I et II. Le ciblage d'acides aminés particuliers de l'interface adhésive nous a permis de montrer que pour les cadhérines de type I, l'échange de brin avec le Trp2 ont un rôle clé ; pour les types II un mécanisme différent intervient. Nous avons aussi développé une chimie innovante pour contrôler l'immobilisation orientée et covalente de protéines. Enfin une revue décrit une étude de l'activation de voies de signalisation par engagement des cadhérines. / Cell adhesion receptors of the classical cadherin family are involved in Ca2+-dependent homophilic interactions. In order to dissect the molecular mechanisms of cadherin-based cellcell adhesion, this Ph.D. thesis describes a comparative dynamic study of interactions between cadherins E- & -11, chosen as classical type I and II cadherins prototypes respectively. Modifications of particular residues in the E-cadherin adhesive interface showed that the ?-strand exchange with its Trp2 had a prominent feature; for type II cadherins, a different mechanism was described involving a larger domain swapping. We then developed a new protocol for immobilizing proteins in an orientated and covalent manner on surfaces. These interactions regulate signalization pathways in various biological processes. Studies describing Stat3 activation through direct cadherin engagement are reviewed.

Les canaux ioniques ASIC (Acid-Sensing Ion Channel), largement exprimés dans le système nerveux central et périphérique, sont activés par une acidification extracellulaire. Ils sont impliqués dans un nombre croissant de fonctions physiologiques ou pathologiques telles que la transmission synaptique, la plasticité synaptique, l'apprentissage, la mémoire, la peur, la dépression, l’épilepsie et la neuro-dégénérescence, ainsi que la nociception et la mécanosensibilité. Ils sont des cibles thérapeutiques d’intérêt dans le traitement de la douleur ou de troubles neurologiques. Les toxines peuvent modifier le fonctionnement des canaux ioniques et sont par conséquent utiles pour l’étude de leurs structures et de leurs fonctions biologiques. Des médicaments élaborés à partir de toxines issues de venins ont également permis le traitement de nombreuses pathologies. Mon travail de thèse comporte deux axes. D’une part, la mise en place de nouvelles stratégies de collectes de venins avec la mise au point d’un nouvel extracteur électronique. Et d’autre part, l’identification du site de liaison de la mambalgine sur les canaux ASIC1a, la description de son mécanisme d’action ainsi que la caractérisation des résidus clefs de cette toxine. En se basant sur une nouvelle approche pharmacologique tirant partie des mécanismes d’action des toxines et des petites molécules nous avons pu établir un modèle plus global du mécanisme de régulation des ASIC par les protons. Ce travail ouvre des perspectives pour le développement de formes optimisées de la mambalgine et apporte de nouvelles informations sur les mécanismes d’activation et d’inactivation des canaux ASIC / The Acid-Sensing Ion Channels (ASIC) are widely expressed in the central and peripheral nervous system and are activated by extracellular acidification. They are involved in increasing number of physiological or pathological functions such as synaptic transmission, synaptic plasticity, learning, memory, fear, depression, epilepsy and neurodegeneration, as well as nociception and mechanical sensitivity. They represent interesting therapeutic targets for the treatment of pain and neurological disorders. Several toxins are able to modify the gating of ion channels and are useful for studying their structures and biological functions. Moreover, drugs developed from toxins venoms have allowed the discovery of new treatments for many pathologies. My thesis work has two axes. First, the development of a new electronic extractor has allowed the implementation of new strategies to collect venoms. On the other hand, we were able to identify the binding site of the mambalgine toxin on ASIC1a, to describe its mechanism of action and to characterize the key residues of this toxin. Based on a new pharmacological approach using action mechanisms of toxins and small molecules, we were able to establish a global model of the pH-dependent gating of ASIC channels. This work opens some new perspectives for the development of optimized forms of mambalgine and provides new information on the gating of ASIC

The transient receptor potential ankyrin 1 (TRPA1) ion channel is expressed in a subset of primary afferent neurones where it is activated by a variety of pungent and chemically reactive compounds such as allyl isothiocyanate or cinnamaldehyde. This voltage- dependent channel is activated through covalent modification of cytoplasmic cysteines and, from the cytoplasmic side, is also critically regulated by calcium ions. Both, amino (N-) and carboxyl (C-) termini have been shown to be involved in these processes. Using electrophysiological and molecular-biology techniques, we explored the role of specific cytoplasmic domains in the activation of TRPA1. By measuring chemically-, voltage-, and calcium-activated membrane TRPA1-mediated currents, we identified highly conserved serine and threonine residues along the N-terminal ankyrin repeat domain, mutation of which strongly affected responses of the channel. In addition, using C-terminally truncated construct previously reported to be involved in calcium regulation, we present a new finding that the distal C-terminal tail contributes to voltage-dependent activation of TRPA1.

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Hydrated polysaccharide systems primarily using xylans along with mutans and alternans were studied using long atomistic simulations over a few microseconds to analyse structure-function relationships and nanoscale interactions with moisture. The influence of various structural and chemical factors such as alignment, nature of glycosidic linkage, effect of moisture / chemical substitutions was explored with a focus on structure-dynamics correlations to aid in the effective functionalisation of biomaterials for the development of a green, circular bioeconomy. The effect of initial geometry in terms of alignment of the xylan chains was observed to affect xylan chain extension and water dynamics significantly. Xylan interaction with moisture studied at high and low moisture contents showed compression along with structural locking, and evolution into segregated water-rich and polymer-rich phases respectively. The effect of chemical heterogeneity in terms of substitutions appeared to improve xylan dispersion in water resulting in faster dynamics for substituted residues with reference to unsubstituted residues along a given polymer chain. In addition, significant correlations between local hydration and polymer dynamics / structure in terms of relaxation times and order parameters was observed across differently substituted hydrated xylan systems, such that the polymer dynamics could be expressed as a local hydration water dependent component and a second partially stochastic component. In addition, the molecular structure of mixed linkage (1,3 and 1,6) as well as 1,3 linked glucans elucidated the effect of the nature of glycosidic linkage on the molecular structure of glucan oligosaccharides. A combination of glucan linkages and the ratio of different conformation states of the hydroxymethyl dihedral angle was observed to yield linear, twisted and extended structures in mutans, or helical coils of varying pitch sizes in alternans. Further modeling of structure-dynamics dependencies in hydrated xylan systems and analysis of the effect of alignment / chemical substitutions at the nanoscale is to be correlated with scattering or related experimental techniques in the future to understand the dynamics of hydrated xylan aggregates in typically aqueous solutions at varying intermediate length / timescales. In addition, the methodologies derived in this work to identify atom-specific, temporally sensitive, structural / dynamical parameters for analysing structural / dynamical variations at the nanoscale can be extended to study other hydrated biopolymeric systems. The role of substitutions, involving its polar nature and interactions with other xylans, can be extended to neutral groups such as arabinose sugars to broaden knowledge in carbohydrate science as well as being analysed further to improve effective functionalisation for tailoring physical properties influencing phenomena like aggregation / dispersion. / Hydrerade polysackaridsystem som primärt använde xylaner, mutaner och alternaner studerades med hjälp av långa atomistiska simuleringar under några mikrosekunder för att analysera struktur-funktionsförhållanden och interaktioner med fukt i nanoskala. Inverkan av olika strukturella och kemiska faktorer såsom placering, karaktären av glykosidbindning, effekten avfukt/kemiska substitutioner undersöktes med fokus på struktur-dynamiska korrelationer för att hjälpa till med en effektiv funktionalisering av biomaterial för utvecklingen av en grön, cirkulär bioekonomi. Effekten av initial geometri i termer av placering av xylan-kedjorna observerades påverka xylan-kedjeförlängningen och vattendynamiken signifikant. Xylaninteraktionen medfukt studerades vid höga och låga fukthalter och visade kompression tillsammans med strukturell låsning och utveckling till segregerade vattenrika och polymerrika faser respektive. Effekten av kemisk heterogenitet i termer av substitutioner verkade förbättra dispersionen av xylan i vatten vilket resulterade i snabbare dynamik för substituerade delar jämfört med osubstituerade delar längs en given polymerkedja. Dessutom observerades signifikanta korrelationer mellan lokal hydratisering och polymerdynamik/struktur i termer av relaxationstider och ordningsparametrar över olika substituerade hydratiserade xylansystem, så att polymerdynamiken kunde uttryckas som en lokal hydreringsvattenberoende komponent och en andra delvis stokastisk komponent. Dessutom klargjorde den molekylära strukturen av blandad koppling (1,3 och 1,6) såväl som 1,3 länkade glukaner effekten av glykosidkopplingens natur på molekylstrukturen hos glukanoligosackarider. En kombination av glukanbindningar och förhållandet mellan olika konformationstillstånd för den hydroximetyldiedriska vinkeln observerades i linjära, vridna och utsträckta strukturer som i mutaner, eller som spiralformade spolar med varierande stigningsstorlekar i alternaner. Ytterligare modellering av struktur-dynamiska beroenden i hydratiserade xylansystem och analys av effekten av inriktning/kemiska substitutioner på nanoskala ska korreleras med spridning av relaterade experimentella tekniker i framtiden för att förstå dynamiken hos hydratiserade xylanaggregat i typiskt vattenhaltiga lösningar vid varierande medellängd /tidsskalor. Dessutom kan de metoder som härrör från detta arbete för att identifiera atomspecifika, tidsmässigt känsliga, strukturella/dynamiska parametrar för analys av strukturella/dynamiska variationer på nanoskala, utvidgas till att studera andra hydratiserade biopolymera system. Substitutionernas roll, som involverar dess polära natur och interaktioner med andra xylaner, kan utvidgas till neutrala grupper som arabinossocker för att bredda kunskapen inom kolhydratvetenskap samt analyseras ytterligare för att förbättra effektiv funktionalisering för att skräddarsy fysiska egenskaper som påverkar fenomen som aggregering / dispersion. / <p>QC 2023-05-22</p>

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Dans l’hypophyse, Pax7 spécifie l’état du lobe intermédiaire grâce à son action pionnière. Cette action implique dans un premier temps une liaison de cette protéine à certains sites d’hétérochromatine et, par la suite, le remodelage de cette hétérochromatine en euchromatine. Le remodelage de l’épigénome par Pax7 permet au facteur de transcription Tpit d’entrainer l’activation du transcriptome mélanotrope par opposition au destin hypophysaire corticotrope entraîné par Tpit en l’absence de Pax7. Pour étudier l’action pionnière de Pax7, différents membres du laboratoire Drouin ont utilisé un modèle de cellules corticotropes. L’expression ectopique du facteur pionnier Pax7 dans ces cellules permet leur transition d’un phénotype corticotrope à mélanotrope. En plus de l’isoforme prédominante de Pax7 exprimée dans hypophyse avec lequel les travaux de Budry et Mayran ont étaient faits, il existe trois autres isoformes de Pax7 qui diffèrent par quelques acides aminés (Q et GL) dans le domaine PAIRED liant l’ADN. Nous voulions savoir quels étaient les domaines protéiques de Pax7 impliqués pour son activité pionnière. Nous avons d’abord étudié les propriétés des différents isoformes naturelles de Pax7 présentant des variations dans le domaine PAIRED que ce soient pour leurs capacités de facteur transcription ou de facteur pionnier dans un modèle de cellules de corticotrope. Nous avons constaté que les quatre isoformes de Pax7, ainsi que Pax3, le facteur le plus homologue à Pax7 dans la famille Pax, présentent une capacité similaire à lier la chromatine fermée. Cependant, Pax3 et les isoformes de Pax7 (GL+) sont incapables d’ouvrir la chromatine sur un sous-groupe d’enhancers pionniers nécessaire à l’activation du transcriptome mélanotrope. Par la suite, par analyse structure-fonction, nous avons identifié une région de Pax7 importante pour sa liaison à soixante pour cent des sites présents dans l’hétérochromatine qui sont ciblés par l’action pionnière et une région importante pour l’ouverture de chromatine aux sites des pionniers sensibles à la variation GL. Collectivement, nos données ont montré que les acides aminés GL dans le domaine PAIRED en N-terminal et la partie C-terminale de la protéine Pax7 sont critiques pour l’ouverture de la chromatine à des enhancers spécifiques présents dans l’hétérochromatine dont l’activation est nécessaire au destin mélanotrope. D’autre part, les analyses de structure-fonctions nous ont permis d’identifier une région critique de Pax7 nécessaire à son interaction avec l’hétérochromatine sur ces même enhancers. / In the pituitary, Pax7 specifies the intermediate lobe state through a pioneer factor action that involves the binding of this protein to certain heterochromatin sites and, subsequently, the remodeling of this heterochromatin into euchromatin. Epigenome remodeling by Pax7 thus allows the transcription factor Tpit to determine the melanotrope fate as opposed to the corticotrope pituitary fate that is driven by Tpit in absence of Pax7. To study the pioneering action of Pax7, Budry et al, and Mayran et al, used a model of corticotrope cells which, following the expression of Pax7, transit from a corticotrope phenotype to melanotic phenotype thanks to its pioneering action. In addition to the predominant Pax7 isoform expressed in pituitary with which the work of Budry and Mayran were done, there are three other Pax7 isoforms that differ by a few amino acids (Q and GL) in the DNA-binding paired domain. We wanted to know what protein domains of Pax7 was involved in its pioneering activity. We have investigated the properties of the different Pax7 isoforms with respect to their transcriptional and pioneer capabilities in a model of corticotrope cells. We found that all four Pax7 isoforms together with the closely related factor Pax3, exhibit a similar ability to bind closed chromatin. However, Pax3 and the isoforms of Pax7 (GL+) failed to open the chromatin at a subset of enhancer necessary to activate the melanotrope transcriptome. In addition, we have identified by structure-function analysis a region of Pax7 that appears important for Pax7 binding at 60 percent of heterochromatin sites that are targeted for pioneering and one region important for chromatin opening to the pioneer sites GL-sensible. Collectively, our data suggest that the amino acids GL in the paired domain and the C-terminal part are critical for the chromatin opening to heterochromatin sites necessary to melanotrope transcriptome. On the other hand, structure-functions analyses allowed us to identify a critical region of Pax7 required for the interaction with heterochromatin on these same enhancers.

Das Ziel der kognitiven Neurowissenschaften ist es, Struktur-Funktions-Beziehungen im Gehirn aufzudecken. Durch Fortschritte in der funktionellen Bildgebung und der Graphentheorie konnten zentrale Knotenpunkte im Gehirn identifiziert werden, welche neuronale Informationen integrieren und dementielle Prozesse erklären können. Datenbankgetriebene metaanalytische Methoden wurden genutzt, um tausende Bildgebungsstudien auszuwerten und das funktionelle Profil von Hirnregionen zu dekodieren. Das Systems-Level Decoding zielt darauf ab, eine Seed-Region und mit ihr verbundene kortikale Regionen funktionell zu dekodieren. In Studie 1 wurden thalamische Subregionen und in Studie 2 drei Subregionen des Intraparietalen Sulcus (hIP) als Seed-Regionen verwendet. Studie 3 untersuchte Unterschiede in der Rich-Club-Struktur zwischen Alzheimer-Patienten, Patienten mit milder kognitiver Beeinträchtigung und gesunden Probanden. Es wurden zwei große, Thalamus-zentrierte Systeme identifiziert, die mit autobiographischem Gedächtnis und Nozizeption assoziiert sind; für den hIP wurden neun Systeme, die mit Prozessen wie Arbeitsgedächtnis und numerischem Denken zusammenhängen, gefunden. Studie 3 fand Hinweise, dass periphere Regionen bei Patienten im Vergleich zu gesunden Kontrollen stärker aktiviert sind als Rich-Club-Regionen. Das Systems-Level Decoding lieferte neue Erkenntnisse über die Einbettung des Thalamus und des hIP in kortikale funktionelle Systeme. Allerdings waren die Ergebnisse hinsichtlich der funktionellen Charakterisierung thalamischer Kerne und der Aktivitätsunterschiede in Rich-Club- und peripheren Regionen zwischen Patienten und gesunden Kontrollpersonen begrenzt. Diese Ergebnisse lassen sich möglicherweise durch Limitationen des metaanalytischen Ansatzes erklären. Das Systems-Level Decoding ist insgesamt ein vielversprechender Ansatz für die Formulierung von Hypothesen über Struktur-Funktionsbeziehungen innerhalb der Netzwerkarchitektur des menschlichen Gehirns. / In cognitive neuroscience, there is great interest in unraveling structure-function relationships in the human brain. Advances in functional neuroimaging and graph theory methods have identified key brain nodes relevant for neuronal information integration and functional deficits in degenerative diseases like Alzheimer's. Database-driven meta-analytical methods have also evaluated knowledge from thousands of neuroimaging studies, to decode the functional profile of brain regions. The systems-level decoding aims to identify brain systems that provide insight into the functional characteristics of a seed region and its connected cortical regions. In Study 1, thalamic subregions were used as seed regions. Study 2 applied systems-level decoding to three distinct regions in the intraparietal sulcus (hIP). In Study 3, we attempted to substantiate activation differences in the Rich Club structure between Alzheimer's patients, patients with mild cognitive impairment, and healthy subjects. Two major, thalamus-centered systems associated with autobiographical memory and nociception were identified. Additionally, nine large systems associated with processes such as working memory, numerical cognition, and recognition memory were uncovered for the hIP. Finally, evidence showed that peripheral regions in patients are more activated than central Rich Club regions compared to healthy controls. Systems-level decoding provided significant new insights into the embedding of the thalamus and intraparietal sulcus in functional systems. However, results were limited in the functional characterization of thalamic nuclei and activity differences in Rich Club and peripheral regions between patients and healthy controls. Limitations of the meta-analytical approach may explain these findings. The systems-level decoding represents a promising approach for formulating hypotheses about brain structure-function relationships within the functional network architecture.

Les virus sont les entités biologiques les plus abondantes dans les océans (&#8764;1031 particules). Ils colonisent tous les écosystèmes de la planète y compris les environnements extrêmement acides, chauds et salins, environnements où les archées sont les organismes dominants. Les virus infectant les Crenarchées hyperthermophiles présentent des morphologies exceptionnelles et aussi une très faible proportion de gènes possédant des homologues avec de fonction connue. Parmi ces virus, le virus ATV (Acidianus two-Tailed virus), infecte les archées hyperthermophiles du genre Acidianus. ATV a la propriété unique de présenter un important développement structural complètement indépendante de son hôte, à l'extérieur de celui-Ci. Les virions d'ATV développent de longues queues à chaque extrêmité de sa capside, mais seulement à des températures proches de celles de l'habitat de son hôte, 85°C. Le sujet de ma thèse a porté sur l'étude structurale de protéines du virion d'ATV. J'ai résolu la structure cristalline de la protéine ATV-273, qui possède un nouveau fold &#945;/&#946;. J'ai aussi déterminé la forme de l'enveloppe de cette protéine par SAXS. J'ai montré qu'il est possible de placer deux dimères d'ATV-273, observés dans la structure cristalline, dans cette enveloppe. Ce résultat est aussi en accord avec l'état d'oligomérisation en solution déterminé par chromatographie d'exclusion stérique couplée à la diffusion de la lumière. La fonction de cette protéine reste cependant inconnue. / Viruses are the most abundant biological entity in the oceans (&#8764;1031 particles) and remarkably, viruses populate every ecosystem on the planet including the extreme acidic, thermal, and saline environments where archaeal organisms dominate. The viruses infecting hyperthermophilic Crenarchaea revealed exceptional morphologies and also a very low proportion of genes with recognizable functions and homologues. Among these viruses we find ATV (Acidianus two-Tailed virus). ATV is a virus infecting hyperthermophilic archaea of the genus Acidianus, which has the unique property of undergoing a major morphological development outside and independently of the host cell. Virions develop long tails at each pointed end of the initial lemon-Shaped particle, at temperatures close to those of the host natural habitat, 85 °C. The subject of my thesis has focused on the virion proteins of ATV. I have solved the crystal structure of ATV-273 that revealed a new &#945;/&#946; fold. I have also obtained a SAXS envelope where it is possible to fit two crystal dimers, in agreement with the oligomerization state in solution as determined by size-Exclusion chromatography coupled to multi angle light scattering. The function of this protein, however, could be not determined. Moreover, a negative staining electron microscopy model was obtained for the AAA+ ATPase ATV-618, which belongs to the MoxR familiy and presents sequence high similarity with the AAA-ATase RavA from Escherichia coli K12. I have shown that this thermostable AAA-ATPase enzyme assumes a hexameric ring organisation in the presence of ATP.

Les secrétions de peau des grenouilles néo tropicales et sud américaines contiennent un large éventail de molécules biologiquement actives et notamment les peptides ayant des propriétés antimicrobiennes. Disposant de sécrétions de peau de la grenouille sud américaine du genre Phyllomedusa bicolor, nous avons recherché la présence molécules ayant des activités antitumoraleet angiostatique. Deux peptides cationiques antimicrobiens membres de la famille des dermaseptine (Drs) ont été identifies comme possédant ces activités: les dermaseptines B2 et B3 (Drs B2 et Drs B3). Ces deux peptides sont ainsi capables d’inhiber la prolifération et la formation de colonies de différentes lignées de cellules tumorales, la prolifération des cellules endothéliales ainsi que la formation de pseudo-capillaires in vitro. D’autre part, la Drs B2 est également capable d’inhiber la croissance des cellules tumorales dans un modèle in vivo dexénogreffe. L’exploration du mécanisme d’action de la Drs B2 sur les cellules tumorales PC3 nous a permis de mettre en évidence un rapide re-largage de la LDH cytosolique, une absence d’activation des caspases-3, -9 et -8 ainsi que l’absence de modification du potentiel de membrane mitochondriale. L’ensemble de ces données semble indiquer que la Drs B2 n’induit pas la mort de cellules tumorales par un mécanisme d’apoptose mais plus probablement par une fixation à la surface de cellules entraînant une lyse rapide de la membrane plasmique des cellules conduisant à une mort par nécrose. En conclusion, la Drs B2 est une molécule qui cible préférentiellement les cellules tumorales pour des concentrations efficaces de l’ordre du micro molaire, ce qui en fait un outil pharmacologique potentiellement intéressant pour le traitement du cancer. / The skin secretions of neotropical and South American frogs contains large amounts of a widerange of biological active molecules. Commonly studied are peptides with antimicrobialactivities. In this study we have postulated that the skin secretions from the South Americanfrog Phyllomedusa bicolor contain molecules with antitumor and angiostatic activities. Twowell known cationic alpha helical antimicrobial peptides of the dermaseptin (Drs) family wereidentified to have these activities: Drs B2 and Drs B3. Both peptides inhibited proliferationand colony formation of various tumor cell lines, and the proliferation and capillary formationof endothelial cell in vitro. Furthermore, Drs B2 inhibited tumor growth in a PC3 xenograftmodel in vivo.Research on the mechanism of action of Drs B2 on tumor cells PC3 demonstrated a rapidincreasing amount of cytosolic LDH, no activation of caspase-3, -9 or -8, and no changes inmitochondrial membrane potential. These data together indicate that Drs B2 does not act byapoptosis but possibly could fix to the tumor cell surface, disrupt the cellular plasmamembrane leading to its death by necrosis.In conclusion, Drs B2 could be an new interesting and promising pharmacological leadermolecule for the treatment of cancer. Its antitumor and angiostatic activities, especially itsselective targeting of tumoral cells with micro molar concentrations propose Drs B2 as anpotential candidate for the development of a new efficient targeting therapy against cancer.