La chlordécone (cld) de formule brute c10cl10o est un pesticide organochloré classé parmi les polluants organiques persistants (pop) par la convention de stockholm en 2009. Ce composé a été appliqué dans les soles bananières des antilles françaisede 1950 à 1993 : ce qui a conduit à une pollution généralisée de l’environnement dans les zones de production de banane. De plus il a été montré une imprégnation généralisée de la biosphère, avec un impact sanitaire décrit dans de nombreuses publications. Il est connu que la cld a une longue persistance dans les sols, conduisant à une contamination des eaux. Aussi, dans les zones polluées de la guadeloupe et de la martinique, les usines de production d'eau ont été équipées de filtres à charbon actif (ca). Cependant, après le traitement, le ca est contaminé, il est alors nécessaire de le régénérer.Un des axes de recherche de l’équipe covachim-m2e « connaissance et valorisation-chimie des matériaux environnement, énergie» est la fabrication de ca préparés à partir des ressources naturelles tropicales telle que la bagasse pour à la fois valoriser des quantités élevées de résidus lignocellulosiques disponibles localement, à un coût modéré, mais surtout pour une adsorption efficace de la cld, afin d’obtenir les informations par le mécanisme d’adsorption de la vb12 sur le ca. Un matériau hybride (mh) composé de ca de la vitamine b12 ou cobalamine (vb12) a été préparé à l’aide d’une fixation non-covalente, par adsorption de manière à préserver l’activité de déchloruration de la vb12.Il est montré que la vb12 réduite par le zinc zérovalent, est capable de dégrader cld, en accord avec les travaux de schrauzer publiés en 1978, montrant que la vb12, réduite par l’acétoine ou bien le borohydrure de sodium était capable dégrader la cld. Les intermédiaires de dégradation produits, ont été caractérisés par chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse (cg-sm). Les cinétiques et isothermes d'adsorption de la vb12 sur ca ont été modélisées à l’aide de différents modèles mathématiques ceci permet de comprendre les interactions physico-chimiques mis en jeu entre les deux composants du matériau hybride lors du processus d’adsorption. Il a été révélé que la dynamique d’adsorption est bien décrite par le modèle du pseudo-second ordre. La fixation de la vb12 est plus importante sur le ca bagp1.5, préparé par activation de la bagasse par l’acide phosphorique, avec une valeur capacité d'adsorption maximale déduite du modèle de langmuir de 422 mg.g-1. L’adsorption est favorisée à haute température, et optimale à un ph de 6. En outre, afin d'étudier la stabilité du matériau hybride élaboré, la désorption de la vb12 adsorbée sur la bagp1.5 a également été suivie en milieu aqueux et dans l’éthanol. Le mh ainsi préparé a été caractérisé en utilisant différentes techniques, la méthode de boehm, la microscopie à balayage, la résonance raman, la spectrométrie de fluorescence x, la spectroscopie de photo-électron x, l’infra-rouge à transformée de fourieret aussi par adsorption d’azote.L’objectif de ce travail est d’optimiser la quantification de la cld et de ses intermédiaires de dégradation par une méthode en cg-sm et de mettre au point une méthode de dégradation de la cld en vue de la régénération des ca.Nos travaux ont montré que la vitesse de disparition de la cld est plus élevée pour le matériau hybride, que pour le charbon seul ou la vb12 seule. Les réactions de dégradation de la cld par la vb12 ont montré dans des conditions anaérobies, l’apparition de 3 intermédiaires dérivés de la cld. Ces intermédiaires ont été caractérisés en cg-ms à savoir la mono et dihydrochlordécone, ainsi qu’un dérivé pentachloroindène. / Chlordecone (cld) with an empirical formula c10cl10o is an organochlorine pesticide classified among the persistent organic pollutants (pops) by the stockholm convention in 2009. This compound was applied to banana plantation in the french west indies from 1950 to 1993: resulting to widespread environmental pollution in banana production areas. In addition it has been shown a generalized pollution of the biosphere, with a health impact described in many publications. It is known that cld has a long persistence in soils, leading to water contamination. Consequently, in the polluted areas of guadeloupe and martinique, the water production plants were equipped with activated carbon filters (ac). However, after water treatment, the ac is contaminated, it is then necessary to regenerate it.One of the research areas of the covachim-m2e team is the elaboration of ac from tropical natural resources such as bagasse to both add value the high amounts of lignocellulosic residues locally available at moderate cost, but as well especially for efficient adsorption of the cld. A hybrid material composed of activated carbon (ac) and vitamin b12 (vb12), known as cobalamin was prepared using a non-covalent attachment, by adsorption to preserve the dechlorination activity of vb12.It is shown that vitamin b12 reduced zerovalent zinc is able to degrade cld, in agreement with the work of schrauzer published in 1978, showing that vitamin b12, reduced by acetoin or sodium borohydride capable of degrading the cld. The intermediate degradation products, were characterized by gas chromatography coupled with mass spectrometric detection (gc-ms) to get right one vb12 adsorption mechanism. To get insight on vb12 adsorption mechanism, kinetic and adsorption isotherms of vb12 on ac were modeled using various mathematical models. It allows to understand the physical and chemical interactions involved between the two components of the hybrid material during the adsorption process. It was revealed that the adsorption dynamics is well described by the model of the pseudo-second order and brouers-sotolongo. Amount of the vb12 fixed on is more important on the bagp1.5 ac prepared by activation of the bagasse by the phosphoric acid, as a maximum adsorption capacity value derived from the langmuir model 422 mg.g-1. Adsorption is favored at high temperature, and at optimum value of ph 6. Furthermore, in order to study the stability of the prepared hybrid material, desorption of the adsorbed from bagp1.5 has also been followed in an aqueous medium and in absolute ethanol. Mh thus prepared was characterized using different technique, the method of boehm, scanning electron microscopy, raman resonance, and x-ray fluorescence spectrometry and x-ray photoelectron, infrared transform fourier spectroscopies and also by nitrogen adsorption.The objective of this work is to optimize the quantification of the cld and its intermeodiates by a gas chromatography method coupled with a mass spectrometer (gc-ms) and to develop a method of degradation of the cld for the regeneration of activated carbon.Our work has shown that the rate of disappearance of cld is higher for the hybrid material than vb12 alone. The degradation reactions of cld by vb12 under anaerobic conditions showed the appearance of 3 cld intermediates: mono and dihydrochlordecone and a pentachloroindène derivative that were characterized by gc-ms.

Les céréales sont des aliments de base dans la plupart des pays africains. De nombreux aliments céréaliers africains sont fermentés naturellement. Comme la qualité nutritionnelle des aliments céréaliers pourrait être améliorée grâce aux fermentations spontanées, ces aliments pourraient être de bonnes sources de micronutriments. Cependant, différentes carences en micronutriments, comme les carences en folates par exemple, sont toujours fréquentes dans de nombreux pays africains où ces aliments sont consommés. Les carences en folates peuvent mener à différentes pathologies, comme des anémies mégaloblastiques et des malformations du tube neural par exemple. L’objectif de ce travail était d’évaluer le potentiel nutritionnel du microbiote du ben-saalga, un aliment fermenté traditionnel à base de mil consommé au Burkina Faso. Des gènes codant des enzymes impliquées dans différentes activités nutritionnelles ont été recherchés dans 50 métagénomes extraits d’échantillons collectés à Ouagadougou. Certains gènes n’ont jamais été détectés dans les métagénomes (e.g. les gènes impliqués dans la synthèse de caroténoides), alors que d’autres ont été fréquemment détectés (e.g. les gènes impliqués dans la synthèse de folates). En dépit du haut niveau de détection (80%) des deux gènes folP et folK, codant des enzymes impliquées dans la synthèse de folates, la teneur en folates du ben-saalga était plutôt faible (médiane : 0,5 µg/100g de base humide). Pour mieux comprendre l’impact de la fermentation sur la teneur en folates du ben-saalga, l’évolution de la teneur en folates a été mesurée durant la fermentation de bouillies produites en laboratoire. La fermentation n’a pas eu d’impact significatif sur la teneur en folates, ce qui pourrait être dû à une balance entre les micro-organismes auxotrophes et les micro-organismes prototrophes pour les folates. Dans le but de produire des bouillies fermentées à base de mil avec des teneurs en folates plus élevées, des cultures starters de micro-organismes producteurs de folates ont été utilisés pour inoculer des bouillies au laboratoire. Nous avons obtenu une bouillie avec une teneur en folates de 10 µg/100g de base humide, ce qui est significativement plus élevé que la teneur en folates du ben-saalga produit au Burkina Faso, mais qui reste trop faible sachant que le ben-saalga est fréquemment utilisé comme un aliment de complément à l’allaitement maternel pour les enfants de moins de cinq ans. / Cereals are staple foods in most African countries. Numerous African cereal-based foods are spontaneously fermented. As the nutritional quality of cereal products could be enhanced through spontaneous fermentation, these food products might be good sources of micronutrients. However, various micronutrients deficiencies, such as folate deficiency, are still common in many African countries where these food products are consumed. Folate deficiency leads to different pathologies, such as megaloblastic anemia and neural tube defects. The objective of this work was to evaluate the nutritional potential of the microbiota of ben-saalga, a traditional pearl-millet-based fermented food from Burkina Faso. Genes encoding enzymes involved in different nutritional activities were screened in 50 metagenomes extracted from samples collected in Ouagadougou. Certain genes were never detected in the metagenomes (e.g. genes involved in carotenoid synthesis) while other were frequently detected (e.g. genes involved in folate synthesis). In spite of the high rate of detection (80%) of both genes folP and folK, encoding enzymes involved in folate synthesis, the folate content in ben-saalga was rather low (median: 0.5 µg/100g fresh weight basis). To better understand the impact of the fermentation on the folate content of ben-saalga, the evolution of the folate content was measured during the fermentation of porridges produced in laboratory. The fermentation had no significant impact on the folate content, which may be due to a balance between folate auxotrophy and prototrophy. In order to produce pearl-millet based fermented porridges with higher folate content, starter cultures of folate-producing microorganisms were used to inoculate porridges in laboratory. We obtained a porridge with 10 µg of folate/100 g of fresh weight basis, which is significantly higher than the folate content of ben-saalga produced in Burkina Faso, but still too low knowing that ben-saalga is frequently used as a complementary food for children under five in Burkina Faso.

Les macrophages représentent une population de cellules immunes très présente dans certaines tumeurs malignes au sein desquelles ils vont jouer un rôle marqué dans la progression tumorale. Les macrophages représentent donc une cible thérapeutique intéressante dans le traitement de ces tumeurs infiltrées. Ce ciblage des macrophages peut être envisagé grâce à des vecteurs comme les systèmes d’encapsulation nanoparticulaires connus pour être facilement phagocytés par les macrophages après une administration locale ou parentérale. L’objectif de ces travaux de thèse a donc été de développer des nanoparticules polymères (NP) capable de cibler les macrophages infiltrés dans la tumeur et de libérer in situ un principe actif encapsulé au sein de ces NP. Les NP pourraient ainsi modifier les fonctions des macrophages ou encore permettre l’utilisation des macrophages comme une réserve d’actif anticancéreux. Après une étude de formulation, des NP à base d’acide poly(D,L)lactique de taille de 200 nm ont été sélectionnées. Ces NP présentent une bonne internalisation par les macrophages in vitro et un ciblage spécifique des macrophages infiltrés dans une tumeur de gliome humain, implantée chez des souris nudes, suite à une injection intratumorale de NP. Le premier actif modèle encapsulé est l’acide tout-trans rétinoïque (RA), molécule immuno-modulatrice pouvant modifier les fonctions macrophagiques. Les NP-RA peuvent encapsuler environ 90% d’actif et présentent un profil de libération prolongée du RA pendant 4 jours combiné à une amélioration de sa stabilité. De plus, ces NP-RA ont montré qu’elles pouvaient engendrer in vitro, une modification de l’expression de certains gènes des macrophages. Le deuxième type d’actif encapsulé lors de ces travaux est la vitamine D3 et ses dérivés (25-OH-vitamine D3 et 1,25-(OH)2-vitamine D3) possédant des propriétés anticancéreuses mais à l’origine de nombreux effets secondaires dus à un manque de spécificité d’action. L’objectif serait alors de mieux cibler les cellules tumorales grâce aux macrophages infiltrant ces tumeurs et d’éviter ainsi les hypercalcémies secondaires dues à l’administration de fortes doses de vitamine D3. Une étude in vitro sur une lignée cellulaire de cancer de sein (MCF-7) a permis de montrer l’avantage des NP pour prolonger et intensifier l’action antiproliférative des dérivés de vitamine D3 / Macrophages are the major leukocyte population present in tumors, so-called tumor-associated macrophages (TAM), promoting tumor growth. These macrophages could be an interesting therapeutic target for nanoparticulate delivery systems known to be easily recognized and phagocytosed by macrophages after local or parenteral administration. The aim of this work was to develop polymeric nanoparticles (NP) for targeting TAM. NP could modulate macrophage functions or use them as storage of anticancer drugs. After a formulation study, the 200 nm NP of poly(D, L) lactic acid were selected. These NP showed a good internalization by macrophages in vitro and specific targeting of TAM in human glioma tumor implanted in nude mice after intratumoral injection of NP. All-trans retinoic acid (RA, immuno-modulator) was first encapsulated with an encapsulation efficiency of 90%. RA-NP have a sustained release profile for 4 days and enhance stability of the RA. Changes in gene expression of RA-NP treated macrophages were observed in vitro. Secondly, active-metabolites of vitamin D3 (25-OH-vitamin D3 and 1,25-(OH)2-vitamin D3) were encapsulated for their anticancer properties. The aim was to target the tumor cells via TAM avoiding the hypercalcemia produced by high doses of vitamin D3. In vitro evaluations on breast cancer cell line (MCF-7) highlighted NP advantages to extend and enhance the antiproliferative action of vitamin D3 derivatives

Dans le cadre du projet européen « Optimized Products for Elderly Populations (OPTIFEL) » (ou « produits optimisés pour des gens âgés »), des produits alimentaires sont conçus pour les besoins particuliers des personnes âgées. Puisque cette population est souvent mal-nourrie, l’objectif du projet consistait à produire des aliments riches en nutriments et appétants. Ce but a été mis en œuvre en enrichissant des produits à base de fruits et légumes avec des protéines, des minéraux et vitamines, dont la vitamine C et les folates. Cependant, les deux dernières vitamines sont connues pour être fragiles et pour être rapidement perdues lors du chauffage. Pour atteindre le but de la supplémentation, c’est-à-dire augmenter l’absorption des nutriments, l’étude de leur stabilité est d’une grande importance. Ce travail, en particulier, a été dédié à l’étude de la stabilité de la vitamine C et des folates lors du réchauffage des aliments. Le réchauffage des aliments nécessite de respecter une température minimum de 60°C afin d’éviter la croissance des bactéries sporulées. Une deuxième contrainte, qui se démarque des méthodes de cuisson, est la durée du maintien en température. Selon que le réchauffage se déroule à la maison ou dans un système de restauration collective en liaison chaude, le temps de réchauffage est de courte durée ou peut atteindre quelques heures. La pomme et la carotte ont été choisies en tant qu’exemple d’un fruit et un légume pour le projet OPTIFEL et aussi pour le travail présent. La pomme et la carotte sont des produits qui sont appréciés à travers l’Europe et contiennent des quantités naturelles négligeables en vitamine C et folates. La stabilité de la vitamine C a fait objet de nombreuses études dans la littérature. Cependant, les facteurs qui impactent sa stabilité ont été principalement examinés en solution modèle et leur importance respective dans un vrai aliment manque d’études. Bien que la disponibilité de l’oxygène ait un impact primordial, et qu’il soit connu que l’oxygène est soluble jusqu’à 100°C, sa disponibilité dans le milieu alimentaire est très mal connue pendant le chauffage à des températures intermédiaires. L’acide folique est un vitamère synthétique, qui est habituellement utilisé pour la supplémentation mais qui a l’inconvénient de pouvoir masquer un déficit en vitamine B12. C’est pourquoi le vitamère naturellement abondant, l’acide 5-méthyltétrahydrofolate, a été proposé comme alternative pour l’enrichissement. Son inconvénient majeur, outre le prix, est qu’il est fragile et se dégrade rapidement en l’absence de réducteurs. L’objectif de cette thèse de doctorat consistait à comprendre la stabilité de la vitamine C et de l’acide 5-méthyltétrafolique à des températures intermédiaires. Une attention particulière a été portée à la stabilité dans des matrices alimentaires et à la disponibilité de l’oxygène. Dans un premier temps, la stabilité de la vitamine C et de l’acide 5-méthyltétrahydrofolique a été étudiée à une échelle laboratoire. Ensuite, l’impact des différentes méthodes de réchauffage a été examiné. Le travail a été divisé en quatre chapitres. Le premier chapitre a été consacré à l’étude de la stabilité de la vitamine C. Dans le deuxième chapitre, la disponibilité de l’oxygène a été étudiée. La troisième étude a été dédiée à la stabilité de l’acide 5-méthyltétrahydrofolique. Et dans le quatrième chapitre, trois méthodes de réchauffage ont été comparées. / The European project « Optimized Products for Elderly Populations (OPTIFEL) » was launched to ameliorate elderlies’ nutritional status. Since this population often suffers from malnutrition, it was envisaged to conceive food products based on fruit and vegetables, with a dense nutritive value. Therefore, products were enriched with important nutrients, among vitamin C and folates. To comply with the intention of supplementations consisting in an increased intake of nutrients, the study of their stability, especially of easy degradable molecules, is of utmost importance. The present work in particular, was dedicated to the stability of vitamin C and 5-methyltetrahydrofolate when food is warmed-up that is heated at an intermediate temperature range (60-80°C). It turned out that the deterioration pace of vitamin C is principally influenced by the filling volume of recipients on a lab-scale. A negligible effect was found for the food matrix meaning that products based on apples and carrots can interchangeably be used for fortifications. Concentration adaptions are easy to control as the degradation loss per time in the concentration range 2-5 mmol/kg, is independent of the initial concentration. Increasing temperature in the range 60-80°C, does not have an impact in a real food matrix either. The latter indicates that another factor, probably oxygen, becomes limiting as enhancing the supply of energy does not increase degradation rates anymore. Thus, by heating products at 80°C, the microbial safety margin can be increased while the nutritional value is kept as if heated at 60°C. From literature it is known that degradation at this temperature range only proceeds via the aerobic degradation pathway. It has been shown in the present work that in food products, the oxygen availability decreases down to anaerobic conditions, also near the surface, during heat treatments at 80°C while oxygen in model solutions stays abundant. Hence, the headspace gains in importance during long warm holding of real food products and dynamics of oxygen and ascorbic acid might determine degradation paces. However, oxygen is not alone responsible for the degradation initiation since ascorbic acid in ultrapure water does not degrade at 80°C during 8 h, even if oxygen is abundant during the whole length of time. An additional trigger, as Fe3+ ions or maybe also other constituents in food matrices, must be present. An interaction between oxygen and the trigger might result in the generation of reactive oxygen species that finally deteriorate the vitamin. For complete stabilization of 5-methyltetrahydrofolate, the amount of ascorbic acid is crucial in contrast to the food matrix that is used for supplementation. The protective effect of ascorbic acid is however time-limited even if it remains in excess. The duration of complete stability can be prolonged by increasing the initial ascorbic acid concentration. Heat treatments under real conditions that is when food products are warmed-up by a microwave, an Actifry ® device or held warm by a water bath, lead to minor to negligible vitamin losses. These are good news for the project since the vitamin amount that is added, is preserved during warming-up of products and must not be controlled. The results indicate the complexity of vitamin degradation since the stability depends crucially on the experimental set-up. It can be concluded that predictive modeling should be performed under real conditions. Vitamin C and 5-methyltetrahydrofolate, which are generally referred to be very susceptible to oxygen and heat, are fairly stable under reheating conditions in real food products.

La réparation nerveuse périphérique constitue un véritable défi pour le chirurgien. En effet, les lésions nerveuses sont fréquentes et graves, avec une récupération fonctionnelle incomplète et un coût induit au niveau professionnel. Malgré des progrès dans le délai de prise en charge et dans la qualité du geste technique chirurgical, les résultats ne se sont pas améliorés depuis une vingtaine d’années. Devant ces limites du traitement chirurgical, une approche biologique s’est progressivement imposée avec la recherche de molécules neurotrophiques capables d’améliorer la croissance axonale et de limiter la perte neuronale.Initialement, nous nous sommes intéressés au FK506 (Tacrolimus), qui est un immunosuppresseur dont les propriétés neurotrophiques ont été décrites au niveau du système nerveux périphérique, avec l’objectif de réaliser un essai clinique. Cependant cette molécule présente de nombreux effets secondaires dont la balance bénéfice/risque est discutable dans cette indication. Par conséquent notre intérêt s’est porté sur la vitamine D dont les propriétés neuroprotectrices ont largement été étudiées au niveau du système nerveux central.Au cours de cette thèse, nous avons eu pour objectifs: 1. d’évaluer le potentiel thérapeutique de la Vitamine D dans la repousse nerveuse périphérique au travers d’une étude comparative avec le FK506 ;2. de déterminer la molécule de calciférol la plus efficace - ergocalciférol (vitamine D2) versus cholécalciférol (vitamine D3) - et la posologie optimale ;3. d’analyser les mécanismes moléculaires d’action de la vitamine D au niveau des cellules de Schwann et des motoneurones.Dans notre première étude (Chabas et al, 2008), nous avons confirmé que le FK506 favorisait une récupération fonctionnelle précoce et améliorait la récupération de la métabosensibilité. Par ailleurs, dans notre deuxième étude (Chabas et al, 2009), nous avons montré, pour la première fois, les effets neurotrophiques de la vitamine D2 dans la repousse nerveuse périphérique. De même, au travers d’une étude pharmacologique, nous avons mis en évidence que la vitamine D3 à la posologie de 500 UI/Kg/jour constituait la molécule et la posologie les plus efficaces dans la régénération nerveuse périphérique. Enfin, l’étude transcriptionnelle des mécanismes moléculaires retrouve une régulation des gènes intervenant dans l’axogénèse et la myélinisation.Tous ces résultats nous confortent dans notre volonté de réaliser un essai clinique randomisé, en double aveugle, avec bénéfice individuel direct, utilisant la vitamine D3 (Uvedose®) dans les plaies nerveuses du membre supérieur. / Nerve repair remains a challenge for surgeons who have to face unpredictable and very often disappointing outcomes. These suboptimal results have prompted researches on molecules that support cell survival and stimulate axonal outgrowth.For this research project, we chose to compare two AFSSAPS-approved compounds which display a have well documented immunomodulatory role and are suspected to act, within the nervous system, as neuroprotective and neuroregenerative molecules. On the one hand, we elected FK506 (Tacrolimus) that promotes nerve regeneration in addition to its immunosuppressant properties. However this molecule may induce critical side effects. On the other hand, we opted for vitamin D whose neuroprotective and neurotrophic actions are increasingly recognized.The aims of the research project were to:1. assess the potential therapeutic benefit of vitamin D on peripheral nerve regeneration and compare its efficiency to FK506;2. compare the efficiency of two doses (100 and 500 IU/kg/d) of the two main forms of vitamin D: vitamin D2 (ergocalciferol) and vitamin D3 (cholecalciferol);3. get an insight on the molecular mechanisms underlying the role of vitamin D3.In a first study (Chabas et al, 2009), we observed that FK506 significantly increased the diameter of regenerated axons in the distal portion of the graft and potentiates metabosensitive nerve fiber regeneration.In a second study (Chabas et al, 2008), we observed that vitamin D2 potentiates axon regeneration in the peripheral nervous system.In a third study, we observed that vitamin D3 is more efficient than vitamin D2 and, when delivered at high dose (500 IU/kg/day), cholecalciferol induces a dramatic locomotor and electrophysiological recovery and increases the number of preserved or newly formed axons in the proximal end and neurite myelination in both the distal and proximal ends. Using cDNA microarrays, we also performed an in vitro study on vitamin D-treated Schwann cells or dorsal root ganglia and observed that vitamin D3 triggers the expression of several genes involved in axogenesis and myelination.Altogether, these data indicate that vitamin D3 is a potent neurotrophic and myelinating agent that can be tested in phase I clinical trials for nerve repair.

VKORC1 est une enzyme membranaire du réticulum endoplasmique, responsable de la réduction de la vitamine K époxyde en vitamine K quinone, activant la synthèse des facteurs de coagulation. VKORC1 constitue ainsi une cible thérapeutique privilégiée des anticoagulants de type anti-vitamine K (AVKs). Cependant, certaines mutations de VKORC1 induisent une dérégulation physiologique et/ou une résistance aux AVKs. En l’absence de données structurales, plusieurs modèles topologiques de VKORC1 ont été proposés à partir des données biochimiques et biophysiques, fréquemment contradictoires. La topologie de VKORC1 ainsi que l'implication des résidus de cystéine (strictement conservés chez toutes les VKORs) dans le mécanisme enzymatique de la protéine restent incertaines. Nous avons construit, par des méthodes in silico, un modèle 3D de la VKORC1 humaine sauvage (hVKORC1WT) à l'échelle atomique. Des simulations de dynamique moléculaire de la protéine, en considérant tous les résidus de cystéine sous leur forme oxydée (SH), nous ont permis d'identifier les résidus de cystéine les plus susceptibles de former des ponts disulfures. Nous avons par conséquent décrit les conformations métastables de hVKORC1WT mimant les états fonctionnels de la protéine. L’étude de la reconnaissance des formes époxyde et réduites de la vitamine K par les conformations prédites de hVKORC1WT a mis en évidence leur sélectivité réciproque. Les conformations de hVKORC1WT ciblées par chaque forme de la vitamine K et leur rôle dans le mécanisme de réduction de la molécule ont ainsi été caractérisés. Nous avons postulé à partir de ces résultats le mécanisme enzymatique détaillé de hVKORC1WT et proposé la structure-cible des AVKs. Les interactions entre la cible prédite - hVKORC1WT à l'état actif - et trois AVKs différents ont été décrites en termes d’énergie libre de liaison. Ces résultats ont été corrélés avec les constantes d'inhibition mesurées in vivo, validant nos prédictions théoriques. Notre protocole, développé pour hVKORC1WT, est applicable aux formes mutées de l’enzyme. Il permettra la description des mécanismes modifiant l'activité réductase de hVKORC1 et/ou provoquant une résistance aux AVKs. Cette description ouvre la voie à la conception d'une nouvelle génération d'inhibiteurs surmontant les résistances aux AVKs. Notre concept et le protocole établi pour l’étude de hVKORC1 peuvent être étendus à l'analyse des VKORs mammaliennes et aux autres enzymes de la famille des oxydoréductases. / VKORC1 is an endoplasmic reticulum membrane-resident enzyme, responsible for vitamin K epoxide reduction to vitamin K quinone that activates coagulation factors synthesis. VKORC1 is thus a prominent target of vitamin K agonists (VKAs) in anticoagulant therapies. However, some VKORC1 mutations lead to physiological dysregulation and/or VKAs resistance. No VKORC1 structural data is available, and postulated topological models are based on biochemical and biophysical experimental observations frequently contradicting. Topology of VKORC1 and involvement of cysteines residues (highly conserved in VKORs) in the protein enzymatic mechanism remain unclear. We built an in silico 3D model of the wild-type human VKORC1 (hVKORC1WT) at the atomistic scale. Molecular dynamics simulations of the protein model, carrying all the cysteines residues in their oxidized form (SH), were used for identification of cysteines residues which may plausibly form disulfide bridges. We thus described hVKORC1WT metastable conformations depicting the functionally relevant states of protein. Study of the vitamin K (in epoxide and in reduced forms) recognition by the predicted conformations of hVKORC1WT revealed their reciprocal selectivity. The hVKORC1WT conformations targeted by each vitamin K form were established and their role in the reduction mechanism of this molecule was explained. Using our results, we postulated the comprehensive enzymatic mechanism of hVKORC1WT and we proposed the 3D structure as the VKAs target. Interactions between the predicted target - hVKORC1WT active state - and three different VKAs were characterized. The obtained affinities (free binding energy) were in good correlation with in vivo measured inhibition constants (Ki), thus validating our theoretical predictions. Our protocol developed for hVKORC1WT is suitable for a study of its mutants. Description of the enzymatic mechanisms of mutated hVKORC1 will lead to understanding of the modified reductase activity or/and to explaining of its resistance to VKAs. Such data are crucial for the development of novel strategies in the design of a new generation of inhibitors overcoming VKAs resistance. Our concept and the established in silico protocol can be extended to analysis of mammalian VKORs and other oxidoreductases family proteins.

Aus der Einleitung: 'Vitamine sind Produkte ernährungsphysiologischer Experimente, die seit den 1890er Jahren durchgeführt wurden und Aufklärung über gravierende Erkrankungen in niederländischen und britischen Kolonien liefern sollten. Ihren Namen erhielten sie 1912 durch den polnischen Biochemiker Casimir Funk.1 Die Identität der Vitamine war durch ihre Leistung bei der Heilung von Mangelkrankheiten bestimmt. Im angloamerikanischen Raum und später in der übrigen Welt etablierte sich rasch eine alphabetische Nomenklatur: Vitamin A verhütet die Augenkrankheit Xerophthalmia, Vitamin B verhütet Beriberi, Vitamin C verhütet Skorbut. Zu diesen Vitaminen kamen in den 1920er Jahren das antirachitische Vitamin D, das Antisterilitäts-Vitamin E und das blutungsstillende Vitamin K hinzu. Die schon in geringsten Mengen gegebene Leistungsfähigkeit dieser Wirkstoffe weckte große Erwartungen, die weit über die experimentell herausgearbeitete Kompetenz hinausgingen. Schon über die von der IG Farben als Betaxin oder Betabion vertriebenen Vitamin B1-Präparate ließ sich jedoch zunächst nicht mehr sagen, als dass sie Beriberi heilten, was für den Inlandsmarkt keine besonders lukrativ erscheinende Aussage war.2 Der Schweizer Historiker Beat Bächi zeigt eindringlich, dass auch der weltweit führende Schweizer Vitamin-C-Produzent Hoffmann-La Roche noch Ende der 1920er Jahre die therapeutischen und kommerziellen Aussichten der Askorbinsäure nicht bestimmen konnte. Die Verwendung als Skorbutheilmittel spielte natürlich keine große Rolle. Es schien aber möglich, dass sich der spezifische Einfluss, den das Vitamin auf die oxydoreduktiven Vorgänge des Organismus ausübe, auch in anderen therapeutischen Richtungen auswirken könne. Bächi verweist darauf, dass die Propagandabteilungen der pharmazeutischen Firmen eine markante Rolle bei der Etablierung von Anwendungsgebieten spielten. Aber mehr noch setzte sich für alle Vitamine die Indikationsstellung Hypovitaminosis durch, der relative Vitaminmangel, mit der Vitamingaben für einen letztlich unbegrenzten Bereich an Erscheinungen empfohlen werden konnte.3 Vitamintherapien richteten sich nicht an die an Avitaminosen leidenden Kranken, sondern an Gesunde, die aufgrund von Hypovitaminosen noch nicht gesund genug waren bzw. Mangelkrankheiten vorbeugen wollten. Vor allem das Vitamin C wurde in den 1930er Jahren als universal einsetzbares Mittel zur Stärkung und Optimierung des Organismus konzipiert.' [...]:Einleitung S. 59 Biologische Nachweisverfahren S. 61 Chemisch-physikalische Bestimmungsmethoden S. 65 Nahrungsfreiheit und Leistungsmedizin S. 68 Gehaltsforschungen und Erhaltungsmaßnahmen S. 72 Vitaminisierung und Lebensmitteltechnik S. 76 Minimum und Optimum S. 81 Fazit S. 84

L’équilibre rédox entre les niveaux des espèces réactives de l’oxygène et de l’azote (ROS, RNS) et les espèces antioxydantes cellulaires est déterminant pour le fonctionnement normal de la cellule et sa viabilité. Le déséquilibre redox ou « stress oxydant » peut altérer les voies de signalisation cellulaires et générer des dommages sur les protéines, les lipides et l’ADN des cellules. Il est ainsi associé à de nombreuses pathologies, notamment les cancers. Les cellules cancéreuses présentent une dérégulation redox importante et un stress oxydant basal intrinsèque plus élevé par rapport aux cellules normales. Elles sont donc très dépendantes des systèmes antioxydants pour leur viabilité. Ainsi, l’administration de drogues qui i) génèrent des ROS / RNS additionnelles ou ii) inhibent les systèmes antioxydant cellulaires, permet une cytotoxicité sélective contre les cellules cancéreuses. C’est la base biologique de la « thérapie anticancéreuse basée sur la modulation de l’équilibre redox». Dans ce contexte, nos travaux ont pour but de décrypter les mécanismes redox derrière l’activité anticancéreuse de la vitamine C (VitC) et de l’auranofin (AUF), seuls ou en combinaison, dans le modèle du cancer du sein. La VitC à des concentrations pharmacologiques élevées présente des propriétés pro-oxydantes. Dans cette étude, l’activité anticancéreuse de la VitC contre les lignées du cancer du sein est associée à une génération extracellulaire et intracellulaire de peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) accompagnée d'une oxydation intracellulaire du glutathion (GSH). L’approche protéomique «redoxome» a révélé que la VitC induit une altération de l'état rédox d’enzymes antioxydantes clés et d'un certain nombre de protéines contenant des cystéines, impliquées dans les métabolismes de l’ARN et l’ADN et dans les processus énergétiques. La VitC est également responsable d’un retard dans la progression du cycle cellulaire et d’une inhibition de la traduction. Finalement, des analyses bioinformatiques ont montré que les niveaux d'expression de la peroxiredoxine 1 (PRDX1) sont corrélés à la cytotoxicité différentielle de la VitC dans les cellules cancéreuses du sein. L'AUF, un antirhumatismal, est un inhibiteur des thiorédoxines réductases qui a reçu une attention croissante pour son activité anticancéreuse. Nos travaux montrent que l’AUF inhibe également le système antioxydant du GSH et que cette inhibition est primordiale pour son activité anticancéreuse. L’AUF modifie l'état redox de nombreuses protéines impliquées dans la prolifération et le cycle cellulaire, et provoque une déplétion des dNTPs et un arrêt du cycle cellulaire. De façon remarquable, nous avons démontré que la combinaison de l’AUF et de la VitC présente une cytotoxicité accrue, synergique, médiée par H₂O₂ dans les cellules MDA-MB-231 et d'autres lignées cellulaires du cancer du sein sans trop affecter les cellules normales. In vivo, l’efficacité de la combinaison AUF/VitC a été validée sur des xénogreffes de MDA-MB-231 chez les souris sans présenter une toxicité notable, tandis que l'administration de l’AUF ou de la VitC en monothérapie n’inhibe pas la croissance tumorale. Enfin, les analyses protéomiques, bioinformatiques et fonctionnelles ont identifié la prostaglandine réductase 1 (PTGR1) comme biomarqueur prédictif de la réponse des cellules cancéreuses du sein à la combinaison AUF/VitC. En résumé, ces résultats contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes anticancéreux de la VitC et de l'AUF, seuls et en combinaison. En particulier, la combinaison de ces deux médicaments disponibles et non toxiques pourrait être efficace contre le cancer du sein triple négatif et potentiellement d'autres cancers présentant des propriétés redox similaires. Ainsi, une évaluation préclinique et clinique de ces traitements ouvrira la voie à des nouvelles thérapies anticancéreuses basées sur la modulation de l’équilibre redox cellulaire. / Reactive oxygen and nitrogen species (ROS, RNS) homeostasis and intracellular reductive/oxidative (redox) dynamics play a key role in regulating cell fate and are critical for normal cellular functions. Oxidative stress via the disruption of redox homeostasis can lead to aberrant cell signaling and toxic oxidative damage of DNA, lipids and proteins, and is therefore associated with human pathologies such as cancers. Cancer cells experience extensive redox deregulation and generally exhibit higher intrinsic basal oxidative stress than normal cells, as a consequence, they are more dependent on their antioxidant systems for survival. Thus, the administration of a drug generating additional ROS / RNS or inhibiting cellular antioxidant systems will exert a selective cytotoxicity towards cancer cells while sparing their normal counterparts. This is the biological basis for « redox-based anticancer therapy ». The work described here aims to investigate the redox-based anticancer activity of vitamin C (VitC) and auranofin (AUF), as single drugs or in combination, in breast cancer model. VitC at high pharmacological concentrations shows pro-oxidant properties. In this study, we showed that VitC anticancer activity against breast cancer cell lines was associated to extracellular and intracellular generation of hydrogen peroxide (H₂O₂), accompanied by the oxidation of intracellular glutathione (GSH). A “redoxome” proteomics approach revealed that VitC induces alterations of the redox state of key antioxidant enzymes and a number of cysteines-containing proteins including many proteins involved in RNA and DNA metabolisms and energetic processes. Cell cycle arrest and translation inhibition are associated with VitC-induced cytotoxicity. Finally, bioinformatics analysis and biological experiments identified that peroxiredoxin 1 (PRDX1) expression levels correlate with VitC differential cytotoxicity in breast cancer cells. AUF, an antirheumatic drug and known inhibitor of thioredoxin reductases, has been repurposed recently as a potent anticancer drug. We showed that AUF acts on both the thioredoxin and GSH systems and its impact on GSH system is essential for its anticancer activity. AUF alters the redox state of a number of nucleic acid-binding proteins involved in cell proliferation, cell division and cell cycle, triggering dNTP depletion and cell cycle arrest. Importantly, we observed that the combination of AUF and VitC reveals a synergetic and H₂O₂-mediated cytotoxicity towards MDA-MB-231 cells and other breast cancer cell lines without much impact on normal cells, thus decreasing the cytotoxic concentrations of AUF or VitC single drug. The anticancer potential of AUF/VitC combinations was validated in vivo on MDA-MB-231 xenografts in mice without notable side effects, while administration of AUF or VitC as a single agent failed to suppress tumor growth. Finally, SILAC proteomics, bioinformatics analysis, and functional experiments linked prostaglandin reductase 1 (PTGR1) expression levels with breast cancer cell response to AUF/VitC combination, thus identifying a potential predictive biomarker. Overall, these results provide new insights into the anticancer mechanisms of VitC and AUF, as single drugs and in combination. In particular, this combination of two non-toxic and commonly available drugs could be efficient against triple-negative breast cancer and potentially other cancers with similar redox properties. Further assessment in preclinical and clinical studies of these drugs and combinations could open new avenues for redox-based anticancer therapy.

Les Inuit du Nunavik entretiennent des liens très étroits avec la mer, qui comble une part importante de leurs besoins nutritifs par la consommation de viande, de gras et d'organes de mammifère marins, dont le phoque, le béluga et dans une moindre mesure, de morse. Cette relation étroite avec les écosystèmes marins nourriciers implique que l'alimentation des Inuit est susceptible d'être affectée par les changements climatiques et la pollution anthropique qui affectent l'abondance, l'accessibilité et la qualité des aliments de la mer. C'est dans cette optique que le présent projet mesure les concentrations de plusieurs nutriments (sélénium/sélénonéine, acides gras, vitamine A et caroténoïdes), ainsi que le mercure total (HgT) et le méthylmercure (MeHg) présent dans les tissus de différents mammifères marins, puis étudie les associations entre ces concentrations et des indicateurs de l'écologie alimentaires des animaux. Les résultats montrent que chez le béluga, les concentrations de HgT et de MeHg sont très élevées dans le foie et le muscle, mais moindres dans la peau, qui s'avère très riche en sélénium et sélénonéine. Les concentrations de HgT et MeHg sont aussi supérieures dans tous les tissus des individus appartenant au stock de l'est de la baie d'Hudson (EHB) comparativement aux individus de l'ouest de la baie d'Hudson (WHB), alors que les concentrations de sélénonéine ne varie que très peu. Chez les phoques annelés cependant, les concentrations de méthylmercure retrouvées sont beaucoup plus faibles dans tous les tissus, possiblement à cause du jeune âge des animaux chassés. Chez les bélugas et les phoques annelés, les concentrations de sélénonéine sont maximales dans la peau, tandis que chez le morse, cette valeur est maximale dans le muscle. Le gras des mammifères marins, en particulier de phoque annelé, présente des concentrations exceptionnellement élevées d'acides gras polyinsaturés de type oméga-3. Des mesures parallèles des teneurs en isotopes stables (carbone et azote) et en isoprénoïdes hautement ramifiés indiquent qu'environ 50% de l'alimentation des bélugas est composée d'organismes benthiques ou d'organismes utilisant les algues de glace comme source de nourriture primaire, tandis que 90% de l'alimentation des phoques annelés et des morses suit ce profil alimentaire. Ce profil alimentaire distinct pourrait expliquer certaines différences observées en ce qui concerne les concentrations de contaminant et de nutriment chez les phoques et les bélugas, telles que des niveaux supérieurs d'EPA et de DHA chez les jeunes phoques ou encore les niveaux de mercure et de méthylmercure supérieurs chez les bélugas. Toutefois, malgré une alimentation à première vue similaire, les morses et les phoques annelés ne possèdent pas les mêmes concentrations de nutriments et de contaminants, ce qui laisse croire que d'autres facteurs écologiques permettent d'expliquer les variations observées entre les espèces. Ce projet permet donc de mieux comprendre les liens qui unissent la qualité nutritive de ces espèces à leur alimentation et à comment la transformation des environnements marins arctiques causée par le changement global pourrait moduler les effets bénéfiques et néfastes de leur consommation sur la santé des Inuit.

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