Dissertations / Theses: 'Cryo-microscopie électronique et tomographie'

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Ibrahim, Rana. "Caractérisation de structures centriolaires par tomographie électronique et cryo-Microscopie Electronique à Transmission." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066315.

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Ihiawakrim, Dris. "Etude par les techniques avancées de microscopie électronique en transmission de matériaux fragiles." Thesis, Strasbourg, 2019. http://www.theses.fr/2019STRAE005/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce manuscrit a montré l’importance du développement méthodologique et technique pour identifier et débloquer les verrous empêchant l’analyse de matériaux hybrides et complexes qui se dégradent sous irradiation par un faisceau d’électrons. Nous avons mis en évidence que des dégâts sur l’échantillon produits par les électrons n’apparaissent qu’au-dessus d'un certain seuil de densité de courant électronique qui dépend de la nature du matériau et de ses caractéristiques morphologiques et structurales. Ces développements couplés à la Cryo-EM, nous ont permis de mettre en évidence l’architecture des matériaux hybrides à base de carbone, la variation de la distance lamellaire dans une pérovskite en fonction de la molécule insérée et le positionnement du métal, d’identifier les interactions à l’interface entre deux cristaux moléculaires et la quantification 3D de la fonctionnalisation d’un MOF. Dans la dernière partie, nous avons mis en évidence les processus de nucléation et de croissance d’oxyde de fer par MET in-situ en phase liquide
The present manuscript shows the importance of methodological and technical development to identify and to unblock locks preventing the analysis of hybrid and complex materials that undergo degradation under electron beam irradiation. We have shown that beam-induced damage to the sample only appears above some specific threshold of current density. Such a threshold depends on the nature of the material and on its morphological and structural characteristics. These developments in synergy with the use of Cryo-EM, allowed us to expose the architecture of carbon-based hybrid materials, measure the variation of the lamellar distance in a perovskite according to the molecular spacer and to the positioning of the metal, identify the interactions at the interface between two molecular crystals, and the 3D quantification of the functionalization within a MOF. Lastly, we brought to light the processes of nucleation and growth of iron oxide by in-situ liquid phase TEM

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Messaoudi, Cédric. "Développements en tomographie électronique et application à l'étude du centrosome." Paris 6, 2006. http://www.theses.fr/2006PA066499.

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Limage, Stéphanie. "Relations entre propriétés et structures dans les émulsions stabilisées par un mélange de tensioactifs et de nanoparticules." Thesis, Aix-Marseille 3, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX30053.

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Abstract:

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet ISS/FSL/FASES dont l’objectif est de comprendre les mécanismes de vieillissement des émulsions en microgravité. Ce manuscrit est dédié à l’étude au sol des émulsions de ce projet et notamment de celles stabilisées par des mélanges tensioactifs/nanoparticules. Ces émulsions sont diluées et constituées d’une phase continue d’huile de paraffine et d’une phase dispersée aqueuse contenant un tensioactif et des nanoparticules. Leur étude et leur caractérisation est réalisée par microscopie tomographique optique et cryo-microscopie électronique à balayage. Une étude préalable de la phase dispersée permet de démontrer que les proportions respectives en tensioactif et nanoparticules modifient les propriétés rhéologiques et microscopiques de ces mélanges. Ces modifications permettent de caractériser le couplage entre les molécules tensioactives et les nanoparticules. Lorsque cette phase dispersée est émulsifiée dans l’huile de paraffine, une transition dans la morphologie des gouttes peut être mise en évidence. Les gouttes de phase dispersée présentent une topologie dépendante du ratio des concentrations en tensioactif et nanoparticules : de sphérique (pour les grandes valeurs de ce ratio) elles deviennent polymorphes (pour les petites valeurs). L’observation de ces émulsions en cryo-microscopie électronique à balayage permet de visualiser des microstructures de nanoparticules et d’expliquer l’origine de la déformation des gouttes
This thesis is part of the ISS/FSL/FASES project which aims at understanding emulsion ageing mechanisms in microgravity. This manuscript is dedicated to the ground study of these emulsions, and particularly to those stabilized by surfactant/nanoparticles mixtures. These emulsions are diluted and composed of a paraffin oil continuous phase and an aqueous dispersed phase composed of the surfactant/particle mixtures. Emulsion characterization is performed with optical tomographic microscopy and cryo-scanning electron microscopy. A preliminary investigation of the dispersed phase shows that the proportion of surfactant and nanoparticles changes the rheological and microscopic properties of these mixtures. These changes allow the characterization of the coupling between surfactant molecules and nanoparticles. When these mixtures are emulsified in paraffin oil, a transition in the droplets morphology is evidenced. Indeed, dispersed phase droplets exhibit different shapes depending on the ratio of surfactant and nanoparticle concentrations: from spherical (for high ratios) they become polymorphous (for small ratios). Observations of these emulsions with cryo-scanning electron microscopy show the existence of nanoparticles microstructures that helps the understanding of the origin of droplets deformation

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Limage, Stéphanie. "Relations entre propriétés et structures dans les émulsions stabilisées par un mélange de tensioactifs et de nanoparticules." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille 3, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX30053.

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Abstract:

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet ISS/FSL/FASES dont l’objectif est de comprendre les mécanismes de vieillissement des émulsions en microgravité. Ce manuscrit est dédié à l’étude au sol des émulsions de ce projet et notamment de celles stabilisées par des mélanges tensioactifs/nanoparticules. Ces émulsions sont diluées et constituées d’une phase continue d’huile de paraffine et d’une phase dispersée aqueuse contenant un tensioactif et des nanoparticules. Leur étude et leur caractérisation est réalisée par microscopie tomographique optique et cryo-microscopie électronique à balayage. Une étude préalable de la phase dispersée permet de démontrer que les proportions respectives en tensioactif et nanoparticules modifient les propriétés rhéologiques et microscopiques de ces mélanges. Ces modifications permettent de caractériser le couplage entre les molécules tensioactives et les nanoparticules. Lorsque cette phase dispersée est émulsifiée dans l’huile de paraffine, une transition dans la morphologie des gouttes peut être mise en évidence. Les gouttes de phase dispersée présentent une topologie dépendante du ratio des concentrations en tensioactif et nanoparticules : de sphérique (pour les grandes valeurs de ce ratio) elles deviennent polymorphes (pour les petites valeurs). L’observation de ces émulsions en cryo-microscopie électronique à balayage permet de visualiser des microstructures de nanoparticules et d’expliquer l’origine de la déformation des gouttes
This thesis is part of the ISS/FSL/FASES project which aims at understanding emulsion ageing mechanisms in microgravity. This manuscript is dedicated to the ground study of these emulsions, and particularly to those stabilized by surfactant/nanoparticles mixtures. These emulsions are diluted and composed of a paraffin oil continuous phase and an aqueous dispersed phase composed of the surfactant/particle mixtures. Emulsion characterization is performed with optical tomographic microscopy and cryo-scanning electron microscopy. A preliminary investigation of the dispersed phase shows that the proportion of surfactant and nanoparticles changes the rheological and microscopic properties of these mixtures. These changes allow the characterization of the coupling between surfactant molecules and nanoparticles. When these mixtures are emulsified in paraffin oil, a transition in the droplets morphology is evidenced. Indeed, dispersed phase droplets exhibit different shapes depending on the ratio of surfactant and nanoparticle concentrations: from spherical (for high ratios) they become polymorphous (for small ratios). Observations of these emulsions with cryo-scanning electron microscopy show the existence of nanoparticles microstructures that helps the understanding of the origin of droplets deformation

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Letellier, Laurence. "Etude des joints de grains et interphases dans les superalliages Astroloy par microscopie électronique et tomographie atomique." Rouen, 1994. http://www.theses.fr/1994ROUES067.

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Abstract:

La sonde atomique et la microscopie électronique ont été utilisées parallèlement afin d'étudier la microstructure et la composition des joints de grains rectilignes et dentelés d'un superalliage à base nickel Astroloy. Les microanalyses à la sonde atomique ont révélé une ségrégation de bore, molybdène et un peu de carbone aux joints homophases ou hétérophases, dentelés ou rectilignes. Un important enrichissement en chrome est également observé aux joints '/'. La quantification de la ségrégation intergranulaire a pu être réalisée en utilisant la sonde atomique tomographique. L'épaisseur de la zone ségrégée a pu être estimée à environ 5A pour les joints dentelés. Les mécanismes de ségrégation ont été étudiés. En décomposant étape par étape le traitement thermique, nous avons montré que la majeure partie de la ségrégation intergranulaire avait lieu pendant le refroidissement entre 1150°C et 800°C. Concernant la comparaison entre joints rectilignes et joints dentelés, les taux de ségrégation par unité de surface sont les mêmes. Seul un changement dans la répartition spatiale des atomes au joint a été observé. Une étude des interfaces /' et de la composition de la phase dans un superalliage monocristallin (mc2) flué nous a permis de proposer une interprétation de la formation des plaquettes ' sous contrainte

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Lottin, Delphine. "Dimensions fractales, morphologie et caractéristiques dimensionnelles 2D et 3D d'agrégats de nanoparticules de suie aéronautique : Etude par microscopie électronique en transmission et tomographie électronique." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4012/document.

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Abstract:

Les agrégats de suie émis par les processus de combustion dans les turbines aéronautiques contribuent à modifier le bilan radiatif de l'atmosphère et la qualité de l'air. La connaissance de leurs caractéristiques physiques et chimiques est indispensable pour évaluer leur rôle dans les processus physico-chimiques atmosphériques et leur impact sur l'environnement et la santé publique. Dans ce contexte, notre étude vise à déterminer la taille et la morphologie d'agrégats de suie aéronautique à partir de mesures expérimentales menées en microscopie électronique en transmission (MET) et en tomographie électronique.Nous avons réalisé des clichés MET d'agrégats de suie émis par des turboréacteurs aéronautiques. Nous avons établi une méthode pour caractériser la morphologie des agrégats en déterminant leur allongement, leur compacité et la tortuosité de leur contour en analysant leur projection. Nous avons également développé un logiciel de traitement et d'analyse des images MET qui permet de reconstruire en 3D un agrégat à partir de ses projections et l'analyse de ses caractéristiques dimensionnelles et morphologiques à partir de sa reconstruction. Les résultats obtenus nous ont permis d'étudier la validité des relations liant les caractéristiques microphysiques 2D et 3D proposées dans la littérature et d'en proposer de nouvelles pour les agrégats étudiés.Ces résultats constituent la première caractérisation morphologique 3D d'agrégats de suie aéronautique à partir d'analyses par MET et tomographie électronique. Ils montrent que les propriétés morphologiques de ces agrégats ne permettent pas d'utiliser la méthode d'ensemble pour déterminer la dimension fractale massique
Soot aggregates emitted by aircraft engines' combustion processes are involved in the modification of the global radiative budget and the air quality. The knowledge of their physical and chemical characteristics is a prerequisite to any evaluation of the way they may act in the atmospheric physical and chemical processes and their impact on the environment and public health. In this context, our study aims at determining the size and morphological characteristics of aircraft soot aggregates on the basis of experimental measurements by transmission electron microscopy (TEM) and electron tomography.We have acquired TEM pictures of soot aggregates emitted by aircraft engines. We have established a method to characterize the morphology of these aggregates by determining their elongation, their compacity and the tortuosity of their edge. This method is based on the analysis of their TEM projection. Besides, we have developed a software to process and analyse TEM pictures. It allows to reconstruct aggregates from their projections and to determine their size and morphological characteristics. Our results have lead us to study the validity of the relationships linking the 2D and 3D microphysical characteristics presented in the literature and to suggest new ones for the studied aggregates.These results constitute the first 3D morphological and size characterizations of aircraft soot aggregates using TEM and electron tomography. They highlight the fact that the morphological properties of these aggregates do not fulfil the hypotheses required for the use of the collective method to determine the mass fractal dimension

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Fatmaoui, Fadwa. "Determination of pericentric heterochromatin structure by in situ cryo-electron tomography." Electronic Thesis or Diss., Strasbourg, 2024. http://www.theses.fr/2024STRAJ018.

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Abstract:

L'hétérochromatine constitutive est une forme condensée de chromatine, essentielle au maintien de la stabilité du génome et à la défense contre les rétrotransposons et les rétrovirus endogènes. À l'échelle moléculaire, elle se caractérise par des réseaux réguliers de nucléosomes, la méthylation de l'ADN et des histones et la liaison de protéines spécifiques associées à l'hétérochromatine (famille HP1). Cependant, la manière dont ces caractéristiques moléculaires conduisent à l'état condensé et définissent les propriétés fonctionnelles de l'hétérochromatine constitutive n'est pas encore claire. Le projet abordera cette question en déterminant la structure de l'hétérochromatine constitutive péricentrique directement à l'intérieur de son contenu cellulaire en utilisant la cryotomographie in situ de pointe. Les embryons de drosophile sont utilisés comme modèle expérimental, car dans leurs noyaux, les régions d'hétérochromatine péricentrique coalescent en chromocentres ronds de l'ordre du micron. Nous utilisons la cryosection avec des couteaux diamantés pour l'amincissement de l'échantillon, puis les tomogrammes des chromocentres, ainsi que d'autres domaines de la chromatine, seront enregistrés et reconstruits. Cela nous permettra de définir l'arrangement caractéristique des fibres de nucléosomes pour l'hétérochromatine péricentrique constitutive par comparaison avec l'empaquetage de la chromatine dans d'autres compartiments chromatiniens
Constitutive heterochromatin is a condensed form of chromatin, essential for the maintenance of genome stability and the defense against retrotransposons and endogenous retroviruses. At the molecular scale, it is characterized by regular nucleosome arrays, DNA and histone methylation and binding of specific heterochromatin-associated proteins (HP1 family). However, it remains unclear how these molecular features lead to the condensed state and define the functional properties of constitutive heterochromatin. The project will address this question by determining the structure of pericentric constitutive heterochromatin directly within its cellular content by using state-of-the-art in situ cryo-electron tomography. Drosophila embryos are used as the experimental model, because in their nuclei, the pericentric heterochromatin regions coalesce into round micron-scale chromocenters. We use cryo-sectioning with diamond knives for sample thinning, and then tomograms of chromocenters, as well as other chromatin domains will be recorded and reconstructed. This will enable us to define the characteristic nucleosome fiber arrangement for the constitutive pericentric heterochromatin by comparison with the chromatin packing in other chromatin compartments

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Trépout, Sylvain. "Etude de l'assemblage du système d'efflux membranaire MexAB-OprM impliqué dans la résistance aux antibiotiques chez Pseudomonas aeruginosa : caractérisation combinée par Microbalance à cristal de quartz avec mesure de dissipation et cryo-tomographie électronique." Thesis, Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR13710/document.

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Abstract:

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

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Sorel, Julien. "Tomographie électronique analytique : Automatisation du traitement de données et application aux nano-dispositifs 3D en micro-électronique." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI078.

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Abstract:

Ce travail porte sur l’automatisation du traitement des données de tomographie électronique analytique appliquée aux nano-dispositifs électroniques. La technique utilisée est la spectroscopie de dispersion en énergie des rayons-X en mode balayage en microscopie électronique en transmission (STEM-EDX : Scanning Transmission Electron Microscopy, Energy Dispersive X-ray spectroscopy). Si la tomographie électronique STEM-EDX a bénéficié d’avancées technologiques récentes, comme de nouvelles sources électroniques ‘X’-FEG (Field Emission Gun) et des détecteurs X sensibles, les SDD (Silicon Drift Detectors), elle reste chronophage avec une statistique de comptage souvent faible pour éviter des durées prohibitives et une dégradation de l’échantillon par irradiation électronique. L’empilement des projections STEM-EDX, acquises sous différents angles d’inclinaison, est par ailleurs très volumineux et les logiciels commerciaux actuels ne peuvent pas le traiter automatiquement et de manière optimale. Pour améliorer cette situation, nous avons développé un programme utilisant la librairie Hyperspy en langage python, dédiée au traitement de données multi-dimensionnelles. L’analyse statistique multivariée permet d’optimiser et d’automatiser le débruitage des données, la calibration des spectres et la séparation des raies d’émission X superposées pour l’obtention de reconstructions tridimensionnelles quantitatives. Une technique de reconstruction avancée, l’acquisition comprimée, a aussi été mise en œuvre, diminuant le nombre de projections sans réduire l’information 3D finale. La méthode développée a été utilisée pour l’analyse chimique 3D de quatre nanostructures issues de la microélectronique : des transistors FET multi-grilles, HEMT et GAA, et un film mince GeTe. Les échantillons ont été taillés en pointe par FIB (Focused Ion Beam: Faisceau d’ions focalisés), et les données obtenues sur un microscope Titan Themis muni d’un système à 4 détecteurs SDD. L’évaluation du programme atteste qu’il permet d’obtenir des résultats précis et fiables sur les architectures 3D étudiées. Des pistes d’améliorations sont discutées en perspective d’un futur logiciel dédié au traitement de données en tomographie électronique analytique
The aim of this thesis is to automate the process of hyperspectral analysis for analytical electron tomography applied to nanodevices. The work presented here is focused on datasets obtained by energy-dispersive X-ray spectroscopy in a scanning transmission electron microscope (STEM-EDX). STEM-EDX tomography has benefited greatly from recent developments in electron sources such as the ‘X’-FEG (Field Emission Gun), and multiple X-ray detector systems such as the Super-X, incorporating four SSD (Silicon Drift Detectors) detectors. The technique remains however very time-consuming, and low X-ray count rates are necessary to minimize the total acquisition time and avoid beam damage during the experiment. In addition, tomographic stacks of STEM-EDX datacubes, acquired at different tilt angles, are too large to be analyzed by commercial software packages in an optimal way. In order to automate this process, we developed a code based on Hyperspy, a Python library for multidimensional data analysis. Multivariate statistical analysis techniques were employed to optimize and automate the denoising, the energy calibration and the separation of overlapping X-ray lines, with the aim to achieve quantitative, chemically sensitive volumes. Moreover, a compressed sensing based algorithm was employed to achieve high fidelity reconstructions with undersampled tomographic datasets. The code developed during this thesis was used for the 3D chemical analysis of four microelectronic nanostructures: FinFET, HEMT and GAA transistors, and a GeTe thin film for memory device applications. The samples were prepared in a needle shape using a focused ion beam, and the data acquisitions were performed using a Titan Themis microscope equipped with a super-X EDX detector system. It is shown that the code yields 3D morphological and chemical information with high accuracy and fidelity. Ways to improve the current methodology are discussed, with future efforts aiming at developing a package dedicated to analytical electron tomography

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Steciuk, Gwladys. "Application de la précession des électrons en mode tomographie à l’étude de phases apériodiques et de films minces d’oxyde." Caen, 2016. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01676934.

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Abstract:

L’avancement des techniques de cristallographie aux électrons permet aujourd’hui de relever de nouveaux défis en termes d’analyses structurales. Ce travail de thèse utilise en particulier la diffraction par précession des électrons en mode tomographie (PEDT) qui est une procédure s’apparentant à celle du cristal tournant en diffraction des rayons X mais applicable à des cristaux de quelques dizaines de nanomètres. La première partie concerne l’étude des caractéristiques structurales et des propriétés diélectriques (ferroélectriques de type relaxeurs) d’une nouvelle famille constituée de phases modulées incommensurables dérivées des phases d’Aurivillius. Un modèle structural a pu être établi par PEDT et confirmé par diffraction de neutrons sur poudre pour la série de composés ABi7Nb5O24 (A=Ba, Sr, Ca, Pb). L’analyse cristallochimique de ces nouveaux matériaux a ensuite permis d’étendre la famille à d’autres compositions dans les systèmes BiO1,5-NbO2,5-BaO et BiO1,5-NbO2,5-WO3. Si cette première partie démontre que l’analyse des données PEDT permet de résoudre des structures complexes dans le cadre de l’approximation cinématique, l’affinement de façon fiable du modèle obtenu reste problématique. Dans la seconde partie de cette thèse, une nouvelle procédure d’affinement des données PEDT faisant intervenir la théorie dynamique de la diffraction est présentée. Tout d’abord testée sur des perovskite CaTiO3 et PrVO3 (poudre), cette approche s’est révélée particulièrement prometteuse. Le challenge a alors été d’utiliser la nouvelle approche pour décrire finement les faibles variations structurales de ces mêmes composés déposés sous forme de films minces épitaxiés
The advancement in electron crystallography techniques allows today to face new challenges in terms of structural analyzes. Particularly, this work uses the precession electron diffraction tomography method (PEDT) which is a procedure similar to that of the rotating crystal X-ray diffraction and consistent with crystals of a few tens of nanometers. The first part concerns the study of structural and dielectric properties (ferroelectric relaxor type) of a new family of modulated incommensurate phases derived to Aurivillius phases. A structural model could be established by PEDT and confirmed by neutron powder diffraction to the series of ABi7Nb5O24 compounds (A = Ba, Sr, Ca, Pb). The crystallochemical analysis of these new materials was then used to extend the family to other compositions in both BiO1,5-NbO2,5-BaO and BiO1,5-NbO2,5-WO3 systems. If the first part attests the power of PEDT data analysis to solve complex structures within the kinematic approximation, reliable refinement of the resulting model is problematic. In the second part of this thesis, a new refinement procedure from PEDT data involving the dynamic theory of diffraction is presented. First thoroughly testing on CaTiO3 and PrVO3 perovskite compounds (powder), this approach has proved particularly promising. The challenge was then to use the new approach in order to describe the slight structural variations of these compounds deposited as epitaxial thin films

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Tran, Viet Dung. "Reconstruction et segmentation d'image 3D de tomographie électronique par approche "problème inverse"." Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01056695.

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Abstract:

Dans le domaine du raffinage, les mesures morphologiques de particules sont devenues indispensables pour caractériser les supports de catalyseurs. À travers ces paramètres, on peut remonter aux spécificités physico-chimiques des matériaux étudiés. Une des techniques d'acquisition utilisées est la tomographie électronique (ou nanotomographie). Des volumes 3D sont reconstruits à partir de séries de projections sous différents angles obtenues par microscopie électronique en transmission (MET). Cette technique permet d'acquérir une réelle information tridimensionnelle à l'échelle du nanomètre. Les projections sont obtenues en utilisant les possibilités d'inclinaison du porte objet d'un MET. À cause des limitations mécaniques de ce porte objet (proximité avec les lentilles magnétiques et déplacement nanométrique), on ne peut acquérir qu'un nombre assez restreint de projections, celles-ci étant limitées à un intervalle angulaire fixe. D'autre part, l'inclinaison du porte objet est accompagnée d'un déplacement mécanique nanométrique non parfaitement contrôlé. Ces déplacements doivent être corrigés après l'acquisition par un alignement des projections suivant le même axe 3D de rotation. Cette étape est un pré-requis à la reconstruction tomographique. Nous suggérons d'utiliser une méthode de reconstruction tomographique par une approche de type "problème inverse". Cette méthode permet d'aligner des projections et de corriger les lacunes de l'acquisition de l'objet observé en introduisant de façon pertinente des informations a priori. Ces informations sont donc basées à la fois sur la physique de l'acquisition (nature physique des images MET, géométrie et limitation spécifique de l'acquisition des projections, etc...) et sur la nature des objets à reconstruire (nombre et répartition des phases, critères morphologiques de type de connexité, etc...). L'algorithme proposé permet de réaliser la reconstruction nanotomographique avec une grande précision et un temps de calculs réduit considérablement par rapport à la technique classique. Nous avons testé avec succès notre méthode pour les projections réelles de différents supports de catalyseur

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Kizilyaprak, Caroline. "Études fonctionnelles et structurales de la chromatine dans les noyaux des cellules photoréceptrices de souris sauvages et de souris modèles pour la maladie SCA7." Strasbourg, 2010. http://www.theses.fr/2010STRA6112.

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Abstract:

Les noyaux de bâtonnets de rétines de souris saines présentent une organisation caractéristique dans laquelle la chromatine condensée occupe 70% de leur volume. Chez des souris SCA7, modèles de la maladie humaine Ataxie-SpinoCérébelleuse de type 7, les noyaux de bâtonnets présentent une décondensation de la chromatine associée à des défauts transcriptionnels. Les gènes fortement transcrits dans les bâtonnets de souris saines sont sous-exprimés chez les souris SCA7. La protéine ataxine 7 mutée, responsable de cette maladie, appartient au complexe SAGA qui facilite la transcription notamment en acétylant les histones. La structure de la chromatine est connue pour réguler la transcription et il est généralement admis que la chromatine décondensée est transcriptionnellement active. Le phénotype observé dans les noyaux SCA7 est donc paradoxal. Pour comprendre ce phénotype, des techniques de cryo-préparation des rétines pour la microscopie électronique sont optimisées. L’organisation 3D de la chromatine est déterminée par tomographie. Les ARN polymérases II et les histones modifiées sont cartographiées par immunomarquage à l’or colloïdal. A l’aide de ces méthodes, l’organisation structurale de la chromatine est corrélée in vivo aux modifications des histones et à l’activité transcriptionnelle. La comparaison des noyaux d’animaux SCA7 à ceux d’animaux sains, permet de caractériser des remaniements chromatiniens. L’étude des protéines associées à la chromatine montre une diminution drastique de l’histone H1 dans les noyaux SCA7. Nos travaux suggèrent que l’histone H1, connue pour favoriser la compaction de la chromatine, joue un rôle clé dans le phénotype des souris SCA7
The nuclei of rod photoreceptors in the retina of mice display a characteristic organization with condensed chromatin occupying 70% of their volume. In SCA7 mice, which are models for human type 7 SpinoCerebellar Ataxia, rod nuclei display decondensed chromatin which is associated with defects in transcription. Highly expressed genes in rods of healthy mice are poorly expressed in SCA7 mice. The ataxin 7protein which is mutated in SCA7 disease belongs to the SAGA complex which enhances transcription in particular through histone acetyltransferase activity. Chromatin structure is known to regulate transcription andit is generally thought that decondensed chromatin is transcriptionally active. The phenotype of SCA7 nucleiistherefore paradoxical. To understand this phenotype, methods for the cryo-preparation of retinas and their visualization by electron microscopy were optimized. The 3D organization of chromatin is determined by electron tomography. RNA polymerase II molecules and modified histones are mapped by immuno-gold labeling. Using these techniques, the structural organization of chromatin is correlated in vivo with histone modifications and transcriptional activity. The comparison of nuclei from SCA7 animals to those of healthy animals allows the characterization of chromatin reorganization. The analysis of proteins associated with chromatin demonstrates a drastic decrease in histone H1 in the nuclei of SCA7 mice. Our studies suggest that histone H1, known to be involved in chromatin compaction, plays a key role in the phenotype of SCA7 mice

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Houlle, Matthieu. "Synthèse de nanofilaments carbonés : applications en catalyse et en renforcement mécanique." Strasbourg, 2009. http://www.theses.fr/2009STRA6262.

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Abstract:

Depuis la découverte des fullerènes en 1985 qui fut récompensée par le prix Nobel de chimie partagé par H. W. Kroto, R. F. Curl et R. E. Smalley en 1996, de nombreuses recherches ont été menées sur les nanomateriaux à base de carbone. Cette thèse s'inscrit dans le cadre de ces recherches sur les nanomatériaux carbonés et s'axe autour de deux domaines d'applications de ces nanomatériaux : (i) l'utilisation des nanofilaments de carbone dans le renfort mécanique de matériaux composites et (ii) l'utilisation des nanofilaments de carbone en tant que support de catalyseur pour des réactions à vocations industrielles. Ce deuxième axe de recherche se divise en deux chapitres : un premier chapitre traitant de la synthèse de catalyseurs supportés sur nanofilaments carbonés et leurs caractérisations. Puis un deuxième portant sur des tests catalytiques réalisés avec ces supports et comparés à d'autres supports plus classiques. La dernière partie de ce manuscrit a pour objectif de démontrer le potentiel des nanostructures carbonées dans le domaine de l'électrocatalyse, avec une vision plus particulière pour les applications en pile à combustible. Des premiers résultats sur l'utilisation de nanolubes de carbone comme matériau d'électrode de PEMFC sont ainsi présentés. Enfin, cette thèse se conclut par les diverses perspectives de développement des différents thèmes abordés au cours du manuscrit. Des ouvertures sont également proposées sur l'utilisation de matériaux hybrides carbone/carbure de silicium et sur l'utilisation plus approfondie de la tomographie électronique pour la caractérisation d'autres systèmes catalytiques
Since the discovery of the fullerenes in 1985 which end up in the Nobel Prize for H. W. Kroto, R. F. Curl and R. E. Smalley in 1996, quite a lot of researches have been done on carbon nanomaterials. This thesis comes within the scope of these researches on carbon nanomaterials and is centered on two potenlial uses of these species : (i) the employ of carbon nanofilaments for the mechanical reinforcement of composite materials and (ii) the use of carbon nanofilaments as catalyst support for industrial processes. The second research topic develloped during this thesis divides in three chapters : a first chapter dealing with the synthesis and characterizations of new catalysts supported on carbon nanofilaments. Then a second chapter is presenting the catalytic tests realized with the previously prepared catalysts compared with more classic supports. Finally a last chapter is dedicated to the first results obtained in the use of carbon nanofilament s in the field of electrocatalysis. As a conclusion, this thesis ends with a list of the diverse prospects of development on the various issues considered within the manuscript. Some opportunities are also di scussed concerning the use of hybrid materials based on carbon and silicon carbide materials as weil as a broader utilization of the electron tomography technique for the characterization of catalytic systems

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Rojbani, Hmida. "Alignement-reconstruction simultanée de tomogramme électronique et extraction de volume de ribosome." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAD045/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse aborde le problème de l'alignement d'images 2D obtenues en tomographie électronique dans la perspective d'une reconstruction tridimensionnelle et la détection des ribosomes à partir de l'objet reconstruit. Une méthode d'optimisation globale est proposée pour minimiser un coût qui permet d'effectuer l'alignement 3D et la reconstruction de manière conjointe. La thèse traite également le problème de la segmentation des images 3D reconstruites avec une méthode de classification probabiliste. Cependant, la nature des images de cryo-tomographie révèle des problèmes de bruit et de contraste. Deux méthodes de filtrage 3D ont été proposées comme prétraitement du processus de segmentation. La première méthode est basée sur l'intégration fractionnaire. La seconde est basée sur l'analyse multi-fractale. L'institut de recherche biomédicale IGBMC de Strasbourg a fourni les images de projection utilisées dans cette thèse
This thesis deals with the problem of the alignment of 2D images obtained by transmission electron microscopy in the perspective of a three-dimensional reconstruction and the detection of ribosomes from the reconstructed object. A global optimization method is proposed to minimize a cost that allows the 3D alignment and reconstruction to be carried out jointly. The thesis also deals with the problem of segmentation of reconstructed 3D images with a probabilistic classification method. However, the nature of cryo-tomography images reveals noise and contrast problems. For this reason, two methods of 3D filtering have been proposed as pre-processing of segmentation, one is based on fractional integration, and the other on a multi-fractal analysis. The institute of biomedical research IGBMC in Strasbourg provides the projection images used in this thesis

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Lepinay, Kevin. "Développement et applications de la tomographie chimique par spectroscopie EDX." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0124/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’évaluation des techniques pour la tomographie chimique par STEM EDX : mise au point des procédures expérimentales, traitement des données, reconstruction des volumes, analyse de la qualité des résultats obtenus et évaluation de la complexité globale. Les performances très limitées de l’analyse STEM EDX font que peu d’études, jusqu’à aujourd’hui, se sont portées sur cette technique. Cependant, les avancées très notables procurées par les nouveaux détecteurs ‘SDD’ ainsi que les sources électroniques X-FEG haute brillance, rendant l’analyse STEM EDX 2D très rapide, ont relancé la possibilité de la tomographie chimique ; la technique demande toutefois à être mise au point et évaluée (performances et complexité). Nous avons travaillé sur un microscope Tecnai Osiris permettant d’acquérir des cartographies chimiques EDX de centaines de milliers de pixels avec une résolution de l’ordre du nanomètre en quelques minutes. Nous avons choisi de préparer par FIB des échantillons en forme de pointe et d’utiliser un porte-objet permettant une exploration angulaire de 180° sans ombrage. Puis, à l’aide d’échantillons modèles (billes de SiO2 dans une résine), nous avons évalué les déformations d’échantillon par l’irradiation du faisceau électronique. Ceci nous a permis de proposer une méthode pour limiter cet effet par déposition d’une couche de 20 nm de chrome. Des simulations d’images ont permis d’évaluer les logiciels et méthodes de reconstruction. La méthodologie de chaque étape d’une analyse de tomographie STEM EDX a ensuite été expliquée, et l’intérêt de la technique démontré grâce à la comparaison de l’analyse 2D et 3D d’un transistor FDSOI 28 nm. La qualité des reconstructions (rapport signal-sur-bruit, résolution spatiale) a été évaluée en fonction des paramètres expérimentaux à l’aide de simulations et d’expériences. Une résolution de 4 nm est démontrée grâce à l’analyse d’une mire et d’un transistor « gate all around ». Pour ce même transistor, la possibilité et l’intérêt d’analyse de défaillance à l’échelle nanométrique est prouvée. Une analyse d’un défaut de grille d’une SRAM ou de trous dans un pilier en cuivre permettent d’expliquer l’intérêt d’une combinaison d’un volume HAADF (morphologie et résolution < 4 nm) et du volume EDX (information chimique). La conclusion est que cette technique, qui reste encore à améliorer du point de vue de sa simplicité, montre déjà son utilité pour l’analyse et la mise au point des technologies avancées (nœud 20 nm et après)
This thesis focuses on the evaluation of the STEM EDX chemical tomography technique: development of experimental procedures, data processing and volumes reconstruction, quality analysis of the results and evaluation of the overall complexity. Until now, STEM EDX analysis performances were very limited, so only few studies about this technique have been realized. However, very significant progress procured by the new SDD detectors as well as by the high brightness electronic sources (X-FEG), making the STEM EDX 2D analysis very fast, have revived the possibility of the chemical tomography, although the technique has to be developed and evaluated (performance and complexity). We have worked on a Tecnai Osiris which acquires EDX chemical mapping of hundreds of thousands of pixels with resolution of one nanometer and in a few minutes. We chose to prepare the rod-shaped samples by FIB and use a sample holder allowing an angle of exploration of 180° without shadowing effects. Then, using model samples (SiO2 balls in resin), we evaluated the sample deformation due to the electron beam irradiation. This allowed us to propose a method to reduce this effect by depositing a 20 nm chromium layer. Images simulations were used to evaluate the software and the reconstruction methods. The methodology of each step of the STEM EDX tomography analysis is then explained and the technique interest is demonstrated by comparing the 2D and the 3D analysis of a transistor 28 nm FDSOI. The quality of the reconstructions (signal-to-noise ratio, spatial resolution) was evaluated, in function of experimental parameters, using simulations and experiments. A resolution of 4 nm is demonstrated through the analysis of a test pattern and a "gate all around” transistor. For the same transistor, the possibility and the interest of a failure analysis at the nanoscale is proven. Analyses of a SRAM gate fail or of the holes in a copper pillar explain the benefits of a combination between a HAADF volume (morphology and resolution < 4 nm) and an EDX volume (chemical information). To conclude, this technique, which still needs to be improved in terms of simplicity, is already showing its usefulness for the analysis and the development of advanced technologies (20nm node and beyond)

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Guesdon, Audrey. "Mécanismes moléculaires impliqués dans la liaison des +TIPs aux microtubules." Thesis, Rennes 1, 2013. http://www.theses.fr/2013REN1S196/document.

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Abstract:

Les microtubules (MTs) sont des constituants hautement dynamiques du cytosquelette, impliqués dans de nombreux processus cellulaires tels que la division cellulaire ou le transport d'organites. Leur comportement dynamique est régulé par différents facteurs tels que les +TIPs, qui présentent la particularité de cibler les extrémités en croissance des MTs. Une de ces protéines, EB1, cible de façon autonome ces extrémités et y recrute un grand nombre d'autres +TIPs. Néanmoins, les mécanismes moléculaires impliqués dans cette reconnaissance restent imprécis. Afin de mettre en évidence une caractéristique structurale présente à l'extrémité des MTs en croissance et préférentiellement reconnue par EB1, nous avons utilisé deux approches de cryo-microscopie électronique. Nous avons tout d'abord utilisé une approche d'analyse par particules isolées, dans le but de comparer les reconstructions 3D de MTs assemblés en présence de GTP ou de GMPCPP, analogue lentement hydrolysable du GTP. Par la suite, nous avons utilisé la cryo-tomographie électronique couplée au marquage d'EB1 avec des nanoparticules d'or fonctionnalisées. Nos résultats nous permettent de proposer un modèle de ciblage impliquant une relocalisation de l'extrémité C-terminale d'EB1 lors de la fermeture des feuillets en tube. Cette relocalisation permettrait de recruter les autres +TIPs, et entraînerait une perte d'affinité d'EB1 pour la paroi des microtubules. La comparaison de ces résultats avec des études récentes effectuées par d'autres équipes, et concernant le rôle de l'hydrolyse du GTP dans la liaison d'EB1 avec les MTs, nous permet de proposer un modèle global incluant l'ensemble de ces données
Microtubules (MTs) are highly dynamic cytoskeleton polymers, involved in many cellular processes, including cell division and intracellular transport. Their dynamic behavior is regulated by numerous factors, such as +TIPs that preferentially target MT growing ends

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Verguet, Amandine. "Développements méthodologiques et informatiques pour la microscopie électronique en transmission appliqués à des échantillons biologiques Alignment of Tilt Series (Chapter 7 of the Book: Cellular Imaging: Electron Tomography and Related Techniques, Hanssen Eric) An ImageJ tool for simplified post-treatment of TEM phase contrast images (SPCI) Comparison of methods based on feature tracking for fiducial-less image alignment in electron tomography." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS487.

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Abstract:

La microscopie électronique en transmission est une technique pertinente pour les études structurales en biologie. Certaines méthodes d’acquisition et d’analyse doivent être améliorées pour permettre l’observation d’échantillons sensibles aux doses d’électrons dans de bonnes conditions de contraste et de rapport signal sur bruit. Au cours de cette thèse, j’ai exploré différentes approches méthodologiques et informatiques dans le but d’améliorer la qualité des images. J’ai ainsi évalué la pertinence de la combinaison de l’imagerie en énergie filtrée avec le mode STEM. Je montre que cette combinaison est prometteuse puisqu’elle permet d’améliorer le rapport signal sur bruit des images. Par ailleurs, j’ai collaboré à des développements algorithmiques et logiciels pour la reconstitution d’images de contraste de phase. Ceci permet l’amélioration du contraste par rapport à une acquisition classique. Je montre aussi qu’à cette fin, la phase plate tout comme les séries focales sont des outils efficaces. En étudiant une approche logicielle pour l’exploitation des séries focales, nous avons déterminé qu’il est possible d’obtenir, en plus de données quantitatives, un résultat qualitatif à partir d’une seule image. J’ai ainsi développé le plugin SPCI pour le logiciel ImageJ, qui permet de traiter de une à trois images focales. Je m’intéresse également à l’optimisation du processus de reconstruction tomographique, tant à l’alignement qu’à la reconstruction proprement dite. L’approche évaluée pour l’alignement utilise des points caractéristiques associés à des descripteurs locaux. Elle s’est montrée performante et permet de traiter des images sans marqueurs fiduciaires. Enfin, je propose une nouvelle méthode unifiée de reconstruction tridimensionnelle de séries tomographiques parcimonieuses. Il en découle une approche innovante mélangeant reconstruction et alignement dont l’ébauche servira de base à des travaux futurs pour le traitement de séries tomographiques parcimonieuses. L’ensemble des méthodes évoquées ici, leur validation, ainsi que les perspectives d’évolution associées sont décrites dans ce manuscrit
Transmission Electron Microscopy is a major tool for performing structural studies in biology. Some methods used for image sampling and analysis need to be improved in order to observe electron dose sensitive samples with good contrast and good signal to noise ratio. During this thesis, various methodological and computational approaches have been studied which aim to improve image quality. First, I evaluated the relevance of combining energy filtered imaging with the STEM mode. I show that this allows an improvement of the signal to noise ratio of images. Then, I devised an algorithm that generates an image from phase data. This approach allows improving the image contrast over direct imaging. The use of a phase plate and focal tilt series are both efficient tools to achieve this goal. While working on the software approach for processing of tilt series, we found that a qualitative result can be obtained from a single image. I developped the SPCI plugin for the ImageJ software. It allows processing between one and three focal images. My work involves optimization of the tomographic reconstruction process, including working with both alignment algorithms and reconstruction algorithms. I expose my studies on image alignment methods used on tilt series. These methods do rely on the use of key points and associated local descriptors. They have proved to be efficient to process images lacking fiducial markers. Finally, I propose a new unified algorithmic approach for 3D reconstruction of tomographic tilt series acquired with sparse sampling. I then derived another novel method that integrates the image alignment step in the process. Studies and developments will continue on both methods in futur work

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Ramos, Cruz Ana Raquel. "Characterization of the surface of segmented filamentous bacteria from the unicellular to filamentous stage." Electronic Thesis or Diss., Université Paris Cité, 2024. http://www.theses.fr/2024UNIP5192.

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Michels, Yves. "Reconstruction tomographique d'objets déformables pour la cryo-microscopie électronique à particules isolées." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAD031/document.

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Abstract:

La cryo-microscopie électronique à particules isolées est une modalité d’imagerie permettant d’estimer la structure 3D de molécules. L’obtention d’un volume 3D est effectué par des algorithmes de reconstruction tomographique après acquisition par un microscope électronique à transmission d’un ensemble d’images de projection de l’objet observé. Les méthodes de reconstruction tomographique existantes permettent de déterminer la structure des molécules avec des résolutions proches de l’angström. Cependant la résolution est dégradée lorsque les molécules observées sont déformables. Les travaux réalisés au cours de cette thèse contribuent au développement de méthodes de traitement informatique des données (projections) dans le but de prendre en compte les déformations de l’objet observé dans le processus de reconstruction tomographique ab initio. Les problématiques principales abordées dans ce mémoire sont l’estimation des paramètres de projection basée sur la réduction de dimension non-linéaire, la détection des arêtes erronées dans les graphes de voisinages pour l’amélioration de la robustesse au bruit des méthodes de réduction de dimension, et la reconstruction tomographique basée sur un modèle paramétrique du volume
Single particle cryo-electron microscopy is a technique that allows to estimate the 3D structure of biological complex. The construction of the 3D volume is performed by computerized tomography applied on a set of projection images from transmission electron microscope. Existing tomographic reconstructionalgorithms allow us to visualize molecular structure with a resolution around one angstrom. However the resolution is degraded when the molecules are deformable. This thesis contributes to the development of signal processing method in order to take into account the deformation information of the observed object for the ab initio tomographic reconstruction. The main contributions of this thesis are the estimation of projection parameters based on non-linear dimensionreduction, the false edges detection in neighborhood graphs to improve noise robustness of dimension reduction methods, and tomographic reconstruction based on a parametric model of the volume

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Laloum, David. "Tomographie par rayons X haute résolution : application à l'intégration 3D pour la microélectronique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY067/document.

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Abstract:

Les travaux de ce doctorat concernent le développement d'une technique de caractérisation non destructive encore peu utilisée dans le domaine de la microélectronique : la tomographie par rayons X dans un microscope électronique à balayage. Cet instrument a été utilisé pour l'analyse haute résolution d'interconnexions métalliques, telles que les piliers de cuivre ainsi que les vias traversants, utilisées dans le cadre de l'intégration 3D pour connecter verticalement plusieurs puces entre elles. Les contributions les plus significatives de ces travaux sont : (1) l'amélioration des capacités d'analyse offertes par l'instrument. De nombreuses études – simulations et expériences – ont été menées afin de déterminer et améliorer les résolutions 2D et 3D de ce système d'imagerie. Il a été montré que la résolution 2D de ce système d'imagerie pouvait atteindre 60 nanomètres. La qualité des images acquises et reconstruites a également été améliorée à travers l'implémentation d'algorithmes de reconstruction itératifs et de nombreuses méthodes d'alignement des radiographies. (2) La réduction du temps d'analyse d'un facteur 3 à travers l'implémentation d'algorithmes de reconstruction contraints tels que la méthode de reconstruction basée sur la minimisation de la variation totale. (3) La mise en place d'algorithmes de correction efficaces pour l'élimination d'artéfacts de reconstruction liés à la polychromaticité du faisceau de rayons X utilisé. (4) La mise en application de l'ensemble de ces algorithmes sur des cas réels, rencontrés par des technologues
In this thesis, an original non-destructive 3D characterization technique has been developed : the X-ray tomography hosted in a scanning electron microscope. This instrument is not widely used in the microelectronics field. This computed tomography (CT) system has been used for the high resolution analysis of metallic interconnections such as copper pillars and through silicon vias (TSVs). These components are widely used in the field of 3D integration to make vertical stacks of interconnected chips.The most significant contributions of this thesis are : (1) the enhancement of the analytical capabilities of the instrument. Many studies – simulations and experiments – have been performed in order to determine and improve the 2D and 3D resolutions of this imaging system. It has been shown that the 2D resolution of this instrument can reach 60 nanometers. The quality of the projections and reconstruction has also been improved through the implementation of iterative reconstruction algorithms and various projections alignment methods. (2) The reduction of the scanning time by a factor 3 through the implementation of constrained reconstruction techniques such as the reconstruction method based on the total variation minimization. (3) The application of effective correction algorithms for removing reconstruction artefacts due to the polychromaticity of the X-ray beam. (4) The application of all these reconstruction methods and algorithms on real cases encountered by materials engineers

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Hofmann, Julien. "Caractérisation et modélisation des mécanismes d'endommagement des matériaux par la cavitation." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALI002.

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Abstract:

Les aciers inoxydables martensitiques X3CrNiMo13-4 et X4CrNiMo16-5-1 sont à ce jour largement utilisés pour la fabrication de turbines hydroélectriques pour leur bonne résistance mécanique et leur résistance à la corrosion intéressante. Bien que ces matériaux aient largement été étudiés d'un point de vue mécanique et microstructural, le lien entre ces caractéristiques et les mécanismes d'endommagement n'est pas clairement établi. Or dans certaines situations, l'exploitant est amené à opérer dans des conditions d'écoulement cavitant qui endommage les turbines jusqu'à provoquer des pertes de masse, des nuisances sonores et des diminutions du rendement. Dans ces situations, pour que le turbinier puisse prédire la durée de vie des composants exposés à la cavitation, il doit recourir à des modélisations mais ces dernières reposent sur un point clef du modèle mathématique : la loi d'endommagement. L'objectif des travaux de recherche présentés dans ce manuscrit est précisément de caractériser et de modéliser les mécanismes d'endommagement induits par la cavitation.Dans ce travail, les matériaux ont été exposés à la cavitation à l'aide de deux dispositifs expérimentaux complémentaires, MUCEF et PREVERO, permettant de générer respectivement de la cavitation acoustique et hydrodynamique. Afin d'identifier les mécanismes d'endommagement, des suivis temporels de l'amorçage et de la propagation des fissures ont été effectués à la surface des matériaux par microscopie électronique et dans le volume par tomographie aux rayons X. Les observations mettent en évidence que l'amorçage des fissures se produit au voisinage d'éléments non métalliques, le long de bandes de glissements persistantes, signatures d'une sollicitation de fatigue à très faible nombre de cycles. Les fissures se propagent de la surface vers le volume puis parallèlement à la surface sans plus être influencées par la présence des intermétalliques. Nous avons montré que ce mécanisme d'endommagement est le même pour les deux matériaux sélectionnés, pour deux états microstructuraux testés et pour les deux conditions expérimentales. Finalement, les distributions de taille et de fréquence des pits permettent de proposer un modèle simple d'endommagement utilisable par des simulations par éléments finis
Martensitic stainless steels X3CrNiMo13-4 and X4CrNiMo16-5-1 are widely used to date in the construction of hydroelectric turbines for their good mechanical resistance and intriguing corrosion resistance. Despite extensive mechanical and microstructural studies on these materials, the connection between these properties and damage mechanisms remains unclear. In certain situations, operators must work under cavitation flow conditions, which can cause turbine damage, resulting in mass loss, noise issues, and reduced efficiency. In such scenarios, turbine engineers need to resort to modeling, and a crucial aspect of the mathematical model is the damage law. The objective of the research presented in this manuscript is precisely to characterize and model the damage mechanisms induced by cavitation.In this work, the materials were exposed to cavitation using two complementary experimental setups, MUCEF and PREVERO, allowing the generation of acoustic and hydrodynamic cavitation, respectively. To identify damage mechanisms, temporal monitoring of crack initiation and propagation was conducted on the material's surface through electron microscopy and in the material's volume using X-ray tomography. The observations reveal that crack initiation occurs in the vicinity of non-metallic elements, along persistent slip bands, which are indicative of very low-cycle fatigue loading. Cracks propagate from the surface into the volume and then parallel to the surface, no longer influenced by the presence of intermetallics. We have shown that this damage mechanism is the same for the two selected materials, for two tested microstructural states, and for the two experimental conditions. Ultimately, the size and frequency distributions of pits allow for the proposal of a simple damage model applicable for finite element simulations

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Plisson, Célia. "Etude structurale de particules et de protéines virales par cryo-microscopie électronique." Rennes 1, 2003. http://www.theses.fr/2003REN10128.

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Les caulimovirus et les potyvirus sont deux genres de virus phytopathogènes transmis de plante à plante par les aphides selon un mode non circulant, en utilisant la stratégie facteur d'aide à la transmission. La liaison virus-vecteur est assurée par une ou plusieurs protéines virales n'appartenant pas à la capside du virion, appelées FAT. Dans le cas du potyvirus LMV, le FAT est la protéine HC-Pro, qui possède également de nombreuses autres fonctions dans le cycle infectieux de ce virus. Pour l'archétype des caulimovirus, le CaMV, la liaison virus-vecteur est assurée par deux FAT, les protéines P2 et P3. La compréhension précise des mécanismes qui sous-tendent ce mode de transmission viral représente un enjeu majeur pour la recherche agroalimentaire. Nous avons utilisé une approche structurale, par microscopie electronique à transmission et analyse d'images, pour étudier les virions et les FATs du LMV et du CaMV.

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Bran, Julien. "Elaboration et caractérisation de nanostructures Cu-Co : corrélation avec les propriétés magnétorésistives." Phd thesis, Rouen, 2012. http://www.theses.fr/2012ROUES030.

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Abstract:

Ce travail de thèse a concerné l’étude de l’influence de la nanostructuration du système Cu-Co sur ses propriétés magnétiques et magnétorésistives. Dans un premier temps, l’alliage granulaire Cu80Co20 a été réalisé sous différentes formes : poudres, couches minces et nanofils. Les poudres d’alliage ont été réalisées par broyage mécanique et les couches minces et nanofils par électrodépôt. Cela a permis d’investiguer, d’une part, l’influence de la forme de l’échantillon et, d’autre part, l’influence de la technique d’élaboration sur la nanostructure et les propriétés magnétiques et magnétorésistives des échantillons. Dans un second temps, des nanofils multicouches Cu/Co ont également été réalisés par électrodépôt. Concernant les alliages granulaires obtenus, les analyses par sonde atomique tomographique et par microscopie électronique à transmission ont montré qu’aucune solution solide Cu-Co n’a pu être obtenue. En effet, les études de la littérature sur ce type de matériaux sont nombreuses mais peu d’entre elles ont été caractérisées jusqu’à l’échelle nanométrique. Ainsi, elles ont souvent conclue à l’obtention de solution solide à l’aide de la diffraction des rayons X. De plus, la présence d’un effet positif de la magnétorésistance à faible champ magnétique appliqué a pu être attribuée à la présence d’oxydes au sein du matériau. De plus, cette thèse a permis la mise en place de protocoles expérimentaux pour l’analyse à l’échelle nanométrique par microscopie électronique à transmission et par sonde atomique tomographique. De telles analyses ce sont avérées indispensable à la compréhension et à la corrélation complète des propriétés magnétiques et magnétorésistives
This thesis concerned the study of the influence of the nanostructuration of the Cu-Co system on theirs magnetic and magnetoresistive properties. As a first step, the granular Cu80Co20 alloy was made in different forms: powders, thin films and nanowires. The alloy powders were produced by mechanical milling and thin films and nanowires by electrodeposition. This allowed to investigate, on one hand, the influence of the sample shape and, on the other hand, the influence of the elaboration technique on the nanostructure and the magnetic and magnetoresistive properties of the samples. In a second step, multilayered Cu/Co nanowires have also been made by electrodeposition. Concerning the granular alloys, the atom probe and transmission electron microscopy analyzes showed that no Cu-Co solid solution can be obtained. Indeed, studies in the literature on this type of materials are many, but few of them have been investigate down to the nanoscale. So, they concluded on the solid solution getting using the X-ray diffraction. In addition, the presence of a positive effect of the magnetoresistance at low applied magnetic field could be attributed to the presence of oxides in the material. Finally, this thesis has led to the development different experimental protocols for analysis at the nanoscale by transmission electron microscopy and atom probe tomography. Such analyzes are proved essential to the understanding and full correlation of magnetic and magnetoresistive properties

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Bran, Julien. "Elaboration et caractérisation de nanostructures Cu-Co : corrélation avec les propriétés magnétorésistives." Phd thesis, Université de Rouen, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00781148.

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Abstract:

Ce travail de thèse concerne l'étude de l'influence de la nanostructuration du système Cu-Co sur ses propriétés magnétiques et magnétorésistives. Dans un premier temps, l'alliage granulaire Cu 80 Co 20 a été synthétisé sous différentes formes : poudres, couches minces et nanofils. Les poudres d'alliage ont été obtenues par broyage mécanique et les couches minces et nanofils par électrodépôt. Cela a permis d'étudier, d'une part, l'influence de la forme de l'échantillon et, d'autre part, l'influence de la technique d'élaboration sur la nanostructure et les propriétés magnétiques et magnétorésistives des échantillons. Dans un second temps, des nanofils multicouches Cu/Co ont été réalisés par électrodépôt. Des protocoles expérimentaux pour l'analyse à l'échelle nanométrique par microscopie électronique à transmission et par sonde atomique tomographique ont été mis en place. De telles analyses se sont avérées indispensables à la compréhension et à la corrélation complète des propriétés magnétiques et magnétorésistives. Contrairement aux nombreuses études publiées, qui ont souvent conclu à l'obtention de solutions solides sur la base de caractérisations microstructurales, les analyses à l'échelle nanométrique par sonde atomique tomographique et par microscopie électronique à transmission de nos alliages granulaires ont montré qu'aucune solution solide Cu-Co n'a pu être obtenue. De plus, un effet positif de magnétorésistance sous faible champ magnétique appliqué a été observé, et corrélé à la présence d'oxydes.

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Busselez, Johan. "Structure et oligomérisation de complexes membranaires photosynthétique bactériens : une analyse par cryo-microscopie électronique." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066094.

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Le travail de cette thèse a été consacré à l'analyse structurale par microscopie électronique du « core complexe » de l'appareil photosynthétique bactérien. Ce multicomplexe membranaire est le dernier composant de l'appareil photosynthétique bactérien dont on ne dispose pas de structure atomique. L'enjeu de la détermination de la structure de ce complexe est la compréhension de la transformation de l'énergie lumineuse en séparation de charges et du couplage entre le centre réactionnel et le cytochrome bc1. Pour répondre à ces questions, la démarche a consisté en une analyse structurale comparative de core complexes issus de différentes bactéries du genre Rhodobacter, qui ont été purifées et caractérisés biochimiquement. Ceci a fait appel aux méthodes structurales complémentaires de cristallographie électronique, d'analyse de particules isolées par microscopie électronique et, en collaboration, d'AFM. Celles-ci ont apportés des informations sur les domaines transmembranaires de core complexe reconstitués dans une bicouche lipidique (cryo-microscopie de cristaux 2D), sur les domaines extra-membranaires du core complexe en membrane (AFM) et sur l'ensemble du core complexe en détergent (analyse de particules isolées). Les résultats obtenus ont permis de proposer une organisation des sous-unités au sein du complexe, de dégager les déterminants structuraux impliqués dans la biosynthèse et l'oligomérisation des complexes et d'apporter de nouvelles propositions sur la fonction et le couplages avec les autres composants de l'appareil photosynthétique bactérien.

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Neumann, Emmanuelle. "Interactions rhinovirus humains-récepteurs cellulaires : une étude par cryo-microscopie électronique et reconstruction tridimensionnelle." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2002. http://www.theses.fr/2002GRE10225.

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Abstract:

The structures of complexes between Human Rhinovirus (HRV) serotype 2 (a minor group HRV) and soluble fragments of its cellular receptor VLDL-R have been determined by cryo-electron microscopy and 3-D reconstruction techniques. The receptor is seen to bind on an annulus on the small star-shaped dome on the icosahedral 5-fold axis. This is in sharp contrast to the major group of HRVs, where the receptor ICAM-1 binds in a depression around the 5-fold axis. These different modes of binding are correlated with differences in the mechanism of viral entry. Only two of the eight ligand binding repeats of the VLDL-R bind to HRV2. The third repeat is strongly bound to polar residues of the HI- and BC- loops of the viral protein VP1, while the second repeat is more weakly bound to the neighbouring VP1. Since the receptor molecule can bind to two adjacent copies of VP1, we suppose that the bound receptor "staples" the VP1s together and must be detached before release of the RNA, can occur
Les structures de complexes entre le Rhinovirus Humain (HRV) sérotype 2 (un HRV du groupe mineur) et des fragments solubles de son récepteur cellulaire VLDL-R, ont été déterminées par cryo-microscopie électronique et des techniques de reconstruction 3D. Le récepteur se lie sur un anneau sur les dômes au niveau de chaque axe icosaédrique d'ordre 5. Ce qui diffère de manière significative des HRVs du groupe majeur, où le récepteur ICAM-1 est lié au niveau d'une dépression autour de chaque axe d'ordre 5. Ces modes distincts de liaison sont corrélés avec des différences de mécanisme lors de la pénétration virale. Seules deux répétitions de VLDL-R sur huitse lient à HRV2. La troisième répétition est fortement liée à des résidus polaires des boucles HI et BC de la protéine virale VP1, alors que la seconde répétition est plus faiblement liée à la protéine VP1 adjacente. Puisque le récepteur se lie à deux copies voisines de VP1, nous supposons que le récepteur lié "fige" les VP1s ensemble et qu'il se détache u virus avant que la libération de l'ARN puisse se faire

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Matskova, Natalia. "Approche multi-échelle pour la caractérisation de l'espace poreux des réservoirs pétroliers argileux non conventionnels." Thesis, Poitiers, 2018. http://www.theses.fr/2018POIT2276.

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Abstract:

Les réservoirs pétroliers argileux sont caractérisés par des systèmes de pores associés à une distribution spatiale hétérogène à plusieurs échelles des phases minérales et organiques. Cette hétérogénéité nécessite une approche multi-échelle et multi-outils pour caractériser le réseau de pores. Une telle approche a été développée grâce à la sélection rigoureuse de 7 carottes issues de la formation de Vaca Muerta (Argentine), avec différentes maturations d'hydrocarbures mais des compositions minérales comparables. La tomographie RX 3D et la cartographie de la porosité par autoradiographie ont révélé les hétérogénéités à l'échelle des carottes, et permis d'identifier des zones homogènes pour le prélèvement de sous-échantillons comparables et représentatifs.Le couplage corrélatif de différentes techniques a permis d'atteindre un bilan quantitatif de la porosité / tailles de pores et pour la première fois, sur des blocs non broyées, notamment pour les expériences d'adsorption d'azote. Les résultats d’autoradiographie sont en accord avec les autres méthodes, indiquant que tous les pores sont connectés et accessibles par la résine d’imprégnation. Une diminution de la porosité totale ainsi que des tailles de pores a également été observée avec la maturation de la matière organique.Une approche innovante pour l'acquisition et le traitement de mosaïques d’images MEB a fourni des cartographies de la distribution des phases minérales et organiques à l'échelle du cm. Le couplage corrélatif avec la carte de porosité par autoradiographie des mêmes zones, a révélé les corrélations spatiales entre variations minéralogiques et de porosité
Gas shale reservoirs are characterized by pore systems, associated with a heterogeneous spatial distribution of mineral and organic phases at multiple scales. This high heterogeneity requires a multi-scale & multi-tool approach to characterize the pore network. Such an approach has been developed on 7 cores from the Vaca Muerta formation (Argentina), which belong to areas with various hydrocarbon maturities, but with comparable mineral compositions. 3D µtomography and quantitative 2D mapping of the connected porosity by autoradiography have been applied at the core scale, in aim to localize and analyze the spatial heterogeneities, and to identify similar homogenous areas for localizing comparable sub-samples.The correlative coupling of various techniques was applied to achieve quantitative balance of porosity and pore size distribution, from mm to nm scales on representative sub-samples and for the first time, on preserved blocks rather than crushed powders, even for nitrogen gas adsorption experiments. Results of autoradiography are in very good agreement with other total bulk porosities, indicating that all pores are connected and accessed by the 14C-MMA used for impregnation. Decreased total porosity and pore throat/body sizes were also observed as organic matter maturity increased. An innovative approach for electron microscopy images acquisition and treatment provided large mosaics, with the distribution of mineral and organic phases at the cm scale. The correlative coupling with the autoradiography porosity map of the same zone, revealed the spatial correlations between mineralogical variations and porosity

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Jiang, Qiyang. "Cryo-microscopie électronique des complexes de l'adressage et de la translocation co-traductionnelle chez E. coli." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAV058/document.

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Abstract:

La membrane cellulaire est la barrière qui sépare l'intérieur des cellules de l'environnement extérieur. Elle se compose de lipides et de protéines. Les gènes codant pour les protéines membranaires représentent environ 30% des génomes. Les protéines membranaires sont synthétisées dans le cytosol par les ribosomes, mais suivent des voies spécifiques pour s'intégrer dans la membrane cellulaire. Les ribosomes en cours de traduction de protéines membranaires sont reconnus dans le cytosol et adressés à la membrane. Par la suite, les chaînes naissantes de protéines membranaires sont insérées dans la bicouche lipidique puis repliées de façons appropriées, ce mécanisme s'appelle la translocation. Le processus d'adressage est médiée par la particule de reconnaissance du signal (SRP) et son récepteur, tandis que la translocation est effectuée par un certain nombre de complexes de protéines membranaires.Cette thèse décrit deux des complexes impliqués dans cet adressage et translocation co-traductionnelle chez Escherichia coli : Le complexe ribosome-SRP-FtsY pour l'adressage en conformation «fermé» et le complexe dans lequel le ribosome est lié à l'holo-translocon (HTL) qui se compose de sept protéines membranaires. J'ai utilisé principalement la cryo-microscopie électronique pour caractériser ces complexes. La cryo-EM permet de déterminer la structure des échantillons biologiques à une résolution supérieure au nanomètre dans leur environnement natif, sans avoir à le cristalliser. Dans ce travail, j'ai bénéficié des améliorations récentes dans l'équipementet le traitement d'image.A partir d'un ensemble de données de cryo-EM obtenu par les membres du groupe, j‘ai déterminé la structure du complexe ribosome-SRP-FtsY en conformation «fermé» avec une résolution de 5.7 Å. Différentes stratégies de tri des calculsont été appliquées pour identifier la partie la plus homogène de l'ensemble des données. La structure montre un domaine bien résolu SRP ARN et SRP M avec une séquence signal liée. L'interaction entre les SRP et le ribosome pourrait être modélisée avec une grande fidélité. Cette structure révèle également que les GTPases SRP-ftsY sont détachées de la tétra-boucle de l'ARN et sont flexibles, libérant alors le site de sortie du ribosomepermettant la liaison du translocons.Dans le second projet, différentes approches ont été poursuivis pour résoudre la structure du complexe ribosome-HTL à haute résolution. Une structure initiale à 22 Å a été obtenue en mélangeant HTL solubilisés en détergent avec des ribosomes, démontrantla possibilité de préserver le complexe dans les conditions utilisées pour la préparation des grilles. J'ai ensuite exploré l'utilisation de nanodiscs et un nouveau détergent appelé LMNG pour stabiliser HTL dans des tampons sans détergent. Un deuxième ensemble de données a ensuite été recueilli à partir d'échantillon obtenu par gradient de fixation, la structure a été résolue à 17 Å. La préparation des échantillons a été optimisée utilisant entre autre les amphipoles. On a montré que deux types d'amphipole-HTL peuvent se lier au ribosome, et des structures de plus grande résolution devrait être obtenu à partir de ces échantillons
The cell membrane is the barrier that separates the interior of cells from the outside environment. It consists of lipids and proteins. Genes encoding membrane proteins make up about 30% of the genome. Membrane proteins are synthesized in the cytosol by ribosomes, but employ special pathways to integrate into the cell membrane. Ribosomes translating membrane proteins are recognized by special factors in the cytosol and targeted to the membrane. Subsequently, nascent chains of the membrane proteins are inserted into the lipid bilayer and are folded into their proper structures, a process termed translocation. The targeting process is mediated by the signal recognition particle (SRP) and its receptor, while the translocation is performed by a number of membrane protein complexes.This thesis describes two of the complexes involved in co-translational targeting and translocation in Escherichia coli: The ribosome-SRP-FtsY targeting complex in the “closed” conformation and the complex of a ribosome with the holo-translocon (HTL) consisting of seven membrane proteins. I mainly used electron cryo-microscopy to characterize these complexes. Cryo-EM allows structural determination of biological samples at sub-nanometer resolution in their native environment, without the need to crystallize the specimen. In this work, I took advantage of the recent advances in both the hardware and the image processing.Starting from a cryo-EM dataset obtained by group members, I have determined the structure of ribosome-SRP-FtsY complex in the “closed” conformation at 5.7 Å resolution. Different computational sorting strategies were applied to identify the most homogeneous sub-pool of the dataset. The structure shows a well-resolved SRP RNA and SRP M domain with a signal sequence bound. The interaction between SRP and ribosome could be modeled with high confidence. This structure also reveals that the SRP-FtsY GTPases are detached from the RNA tetraloop and are flexible, thus liberating the ribosomal exit site for binding of the translocation machinery.In the second project, different approaches were pursued to solve the structure of the ribosome-HTL complex at high resolution. An initial structure at 22 Å was obtained by mixing detergent-solubilized HTL with the ribosome, demonstrating that it is possible to preserve the complex under the conditions used for specimen preparation. I have then explored the use of nanodiscs and a new detergent called LMNG to stabilize HTL in detergent-free buffers. A second dataset was subsequently collected from a sample prepared by gradient-fixation, and the structure was solved at 17 Å. Sample preparation has been optimized further using amphipols. Two types of amphipol-HTL complexes were shown to bind to the ribosome, and higher resolution structures are expected to be obtained from these samples

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Le, Bihan Olivier. "Etude par microscopie électronique des mécanismes d'action de vecteurs synthétiques pour le transfert de gènes." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13972/document.

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Abstract:

La grande majorité des essais cliniques de transfert de gènes in vivo utilise des vecteurs viraux. Si ces derniers sont efficaces, ils présentent des risques immunogènes, toxiques, voire mutagènes avérés. Les vecteurs synthétiques (non viraux), par leur grande modularité et leur faible toxicité représentent une alternative très prometteuse. Le principal frein à leur utilisation est leur manque d’efficacité. L’objectif majeur de ce travail de thèse a été de comprendre le mécanisme de transfert de gènes associé à différents complexes vecteurs synthétiques/ADN plasmidique, ce qui est indispensable pour une conception rationnelle de nouveaux vecteurs. Nous avons étudié, sur cellules en culture, le mécanisme de transfert de gènes associé à deux lipides cationiques ; le BGTC (bis(guanidinium)-tren-cholesterol) et la DOSP (DiOleylamine A-Succinyl-Paromomycine) qui sont connus pour être des vecteurs efficaces in vitro. Nous avons ainsi pu visualiser par microscopie électronique leurs voies d’entrée, leurs remaniements structuraux ainsi que leur échappement endosomal qui représente une étape clé du processus de transfert de gènes. L’identification non ambigüe des lipoplexes tout au long de leur trafic intracellulaire a été rendue possible grâce au marquage de l’ADN par des nanoparticules de silice dotées d’un cœur de maghémite (Fe2O3) dense aux électrons. Cette stratégie de marquage a également été appliquée à l’étude du mécanisme d’action d’un autre vecteur synthétique de type polymère, le copolymère à blocs non ionique P188 ou Lutrol. Contrairement à la plupart des vecteurs synthétiques, celui-ci présente une efficacité de transfection in vivo chez la souris par injection in situ pour le tissu musculaire ou en intra trachéale dans le poumon. En revanche, il est totalement inefficace in vitro. Nous avons montré que le Lutrol permet une augmentation de l’internalisation d’ADN par les cellules mais n’induit pas son échappement endosomal, ce qui expliquerait son absence d’efficacité in vitro. D’autres voies d’entrée sont alors à envisager in vivo pour comprendre son mécanisme d’action
The vast majority of clinical trials of gene transfer in vivo use viral vectors. Although they are effective, they induce immunogenic, toxic or mutagenic risks. Due to their high modularity and low toxicity, synthetic vectors (non viral), represent a promising alternative despite their lack of effectiveness. The major objective of this work was to understand the mechanism of gene transfer using two prototypic synthetic vectors, in the context of a rational design of new vectors. We studied on cultured cells, the mechanism of action of two cationic lipids; BGTC (bis(guanidinium)-tren-cholesterol) and DOSP (DiOleylamine A-Succinyl-Paromomycine) formulated with plasmid DNA (lipoplexes) which are in vitro efficient vectors. We have been able to visualize by electron microscopy, their intracellular pathways, their structural alterations and their endosomal escape, the latter being a key step in the process of gene transfer. The unambiguous identification of lipoplexes throughout their intracellular trafficking has been made possible thanks to the labelling of DNA by core-shell silica nanoparticles with an electron dense maghemite core (Fe2O3). The labeling strategy has also been applied to study the mechanism of action of a nonionic block copolymer (P188 or Lutrol). Interestingly, these synthetic vectors have an in vivo transfection efficiency in mice lung and muscle tissue while they are totally inefficient in vitro. We have shown that Lutrol induces an increase of DNA internalization into cells and fails to trigger endosomal escape, which would explain the lack of in vitro efficacy. These findings suggest that the in vivo mechanism of action of Lutrol would involve other internalization pathways

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Raia, Pierre. "Détermination de la structure de l’ADN polymérase D par cristallographie aux rayons X et cryo-microscopie électronique." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS338.

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Abstract:

Dans toutes les formes de vie, les ADN polymérases jouent un rôle central dans la réplication du génome, sa maintenance et sa réparation. Toutes les ADN polymérases ont été classées en sept familles distinctes en se basant sur leur homologie de séquence : PolA, PolB, PolC, PolD, PolX, PolY et les reverse transcriptases. La dernière famille d’ADN polymérase pour laquelle la structure et le mécanisme moléculaire demeurent inconnus est la PolD. La PolD est l’une des ADN polymérases réplicatives des Archées. C’est une polymérase hétérodimérique composée d’une sous-unité DP1, qui catalyse l’activité de relecture exonucléase 3’-5’, et d’une sous-unité DP2, qui catalyse l’activité de polymérisation 5’-3’. Afin de résoudre l’incertitude concernant les origines évolutives de la PolD, j’ai déterminé la structure cristallographique des domaines catalytiques des sous-unités DP1 et DP2 de Pyrococcus abyssi et la structure du complexe DP1-DP2 lié à l’ADN, par cryo-microscopie électronique (cryo-EM). Ces structures révèlent que la PolD est une ADN polymérase atypique qui diffère de celle des autres ADN polymérases caractérisées à ce jour. De plus, DP2 partage une homologie structurale inattendue avec les ARN polymérases à ‘deux-tonneaux-β’. Ces travaux clarifient les relations évolutives entre toutes les ADN polymérases et mettent en lumière le mécanisme d'acquisition et d'échange de domaines qui s'est produit au cours de l'évolution du réplisome eucaryote
In all forms of life, DNA polymerases play central roles in genome replication, maintenance and repair. All DNA polymerases have been grouped in different families, using sequence alignments: PolA, PolB, PolC, PolD, PolX, PolY and reverse transcriptases. The only class of DNA polymerases left whose structure and molecular mechanism are unknown is PolD. PolD is an archaeal replicative DNA polymerase made of a proofreading exonuclease subunit (DP1) and a larger polymerase catalytic subunit (DP2). To help resolve the uncertainty concerning the evolutionary origins of PolD, I determined the crystal structures of two large fragments of both DP1 and DP2 subunits of the Pyrococcus abyssi PolD. Crystal structures of both DP1 and DP2 subunits revealed that PolD is an atypical DNA polymerase. We also determined the cryo-electron microscopy (cryo-EM) structure of the DP1-DP2 complex bound with DNA. Structures of both polymerase and proofreading active sites differ from other structurally characterized DNA polymerases. In addition, PolD shares an unexpected structural homology with the ‘two-barrel’ family of RNA polymerases. By many aspects, this work provides new insights on the evolutionary history of DNA and RNA polymerases

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Li, Zhuolun. "Étude structurale de deux complexes macromoléculaires biologiques : FANCD2/FANCI et la Phosphorylase Kinase par cryo microscopie électronique." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066030/document.

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Abstract:

Au cours de mon travail de thèse, j’ai étudié la structure des deux complexes de protéines, le complexe FANCD2/FANCI et la Phosphorylase kinase (PhK). Les deux complexes ont été étudiés en utilisant la cryo-microscopie électronique combinée à l’analyse d'image. La voie anémie de Fanconi (FA) a été reconnue comme jouant un rôle important dans la réparation de liaisons inter-brin de l'ADN. Dans cette voie, les protéines FANCD2 et FANCI sont des acteurs clés. Dans mon travail de thèse, j’ai calculé la structurale du complexe FANCD2/FANCI humaine. La structure montre une cavité intérieure, assez grande pour accueillir une hélice d'ADN double brin. Nous avons aussi mis en évidence un domaine en forme de tour. Notre collaborateur (M. Cohn, Oxford) a montré que celui-ci est essentiel pour le recrutement du complexe sur l'ADN. La PhK est l'une des kinases les plus complexes. Elle est composée de quatre sous-unités (αβγδ)4. PhK régule le métabolisme du glycogène, intègre divers signaux pour catalyser la conversion du glycogène phosphorylase b (GP) vers la GP a (actif), et la dégradation ultérieure de glycogène. En utilisant un microscope performant et une caméra de détection d'électrons directe puis après plusieurs étapes de traitement d’image, de correction de mouvement de films induits par les faisceaux d'électrons, j’ai obtenu une structure du complexe en 7Å (FSC gold standard)
During my thesis work, I have investigated the structure of two protein complexes, the FANCD2/FANCI complex and the Phosphorylase Kinase complex (PhK). Both complexes were studied using cryo electron microscopy combined with image analysis. The Fanconi Anemia (FA) pathway has been implied to play a significant role in DNA interstrand crosslink repair and may be the coordinator between different DNA damage repair pathways. Within the FA pathway, the FANCD2 and FANCI proteins are key players. In my thesis work, I have calculated the structure of the human FANCD2/FANCI complex. It possesses an inner cavity, large enough to accommodate a double stranded DNA helix. We also discovered a protruding tower domain, which our collaborator (M. Cohn, Oxford) has shown to be critical for the recruitment of the complex to DNA. PhK is one of the most complex kinases. It is composed of four subunits (αβγδ)4. PhK regulates glycogenolysis, it integrates various signals to catalyze the conversion of glycogen phosphorylase (GP) b to GP a (active), and the subsequent breakdown of glycogen. PhK is a potential target for glycemic control in diseases such as diabetes. Using state of the art electron microscope with a direct electron detection camera, after multiple image processing steps and correction of beams induced motion of films, I obtained a structure of the complexe at 7Å (FSC gold standard)

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Li, Zhuolun. "Étude structurale de deux complexes macromoléculaires biologiques : FANCD2/FANCI et la Phosphorylase Kinase par cryo microscopie électronique." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2016PA066030.pdf.

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Abstract:

Au cours de mon travail de thèse, j’ai étudié la structure des deux complexes de protéines, le complexe FANCD2/FANCI et la Phosphorylase kinase (PhK). Les deux complexes ont été étudiés en utilisant la cryo-microscopie électronique combinée à l’analyse d'image. La voie anémie de Fanconi (FA) a été reconnue comme jouant un rôle important dans la réparation de liaisons inter-brin de l'ADN. Dans cette voie, les protéines FANCD2 et FANCI sont des acteurs clés. Dans mon travail de thèse, j’ai calculé la structurale du complexe FANCD2/FANCI humaine. La structure montre une cavité intérieure, assez grande pour accueillir une hélice d'ADN double brin. Nous avons aussi mis en évidence un domaine en forme de tour. Notre collaborateur (M. Cohn, Oxford) a montré que celui-ci est essentiel pour le recrutement du complexe sur l'ADN. La PhK est l'une des kinases les plus complexes. Elle est composée de quatre sous-unités (αβγδ)4. PhK régule le métabolisme du glycogène, intègre divers signaux pour catalyser la conversion du glycogène phosphorylase b (GP) vers la GP a (actif), et la dégradation ultérieure de glycogène. En utilisant un microscope performant et une caméra de détection d'électrons directe puis après plusieurs étapes de traitement d’image, de correction de mouvement de films induits par les faisceaux d'électrons, j’ai obtenu une structure du complexe en 7Å (FSC gold standard)
During my thesis work, I have investigated the structure of two protein complexes, the FANCD2/FANCI complex and the Phosphorylase Kinase complex (PhK). Both complexes were studied using cryo electron microscopy combined with image analysis. The Fanconi Anemia (FA) pathway has been implied to play a significant role in DNA interstrand crosslink repair and may be the coordinator between different DNA damage repair pathways. Within the FA pathway, the FANCD2 and FANCI proteins are key players. In my thesis work, I have calculated the structure of the human FANCD2/FANCI complex. It possesses an inner cavity, large enough to accommodate a double stranded DNA helix. We also discovered a protruding tower domain, which our collaborator (M. Cohn, Oxford) has shown to be critical for the recruitment of the complex to DNA. PhK is one of the most complex kinases. It is composed of four subunits (αβγδ)4. PhK regulates glycogenolysis, it integrates various signals to catalyze the conversion of glycogen phosphorylase (GP) b to GP a (active), and the subsequent breakdown of glycogen. PhK is a potential target for glycemic control in diseases such as diabetes. Using state of the art electron microscope with a direct electron detection camera, after multiple image processing steps and correction of beams induced motion of films, I obtained a structure of the complexe at 7Å (FSC gold standard)

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Bonef, Bastien. "Analyses d'hétérostructures de semiconducteurs II-VI par sonde atomique tomographique et microscopie électronique en transmission." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY083/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse aborde la problématique de caractérisation structurale à l'échelle atomique d'hétérostructures à base de semiconducteurs II-VI. La sonde atomique tomographique et la microscopie électronique en transmission sont utilisées de façon couplées pour obtenir la structure et la composition des interfaces dans les super-réseaux de ZnTe/CdSe afin d'améliorer leurs processus de croissance. La structure et la distribution des atomes de Cr dans le semiconducteur magnétique (Cd,Cr)Te sont aussi présentées.La sonde atomique tomographique permet d'obtenir des données quantitatives à partir de l'évaporation des semi-conducteurs ZnTe et CdSe lorsque les paramètres expérimentaux sont optimisés. Le spectre de masse à partir duquel les compositions sont extraites doit d'abord être correctement interprétés car il dépend des conditions d'évaporation. Grâce à différentes études expérimentales, il a été observé que pour détecter un mélange stœchiométrique de cations et d'anions dans les semi-conducteurs ZnTe et CdSe, il est nécessaire d'appliquer une faible tension à la pointe et des énergies d'impulsions lasers proche de 2.5 nJ à une longueur d'onde de 515 nm (vert). Régler les rapports de charge entre cation Zn++/Zn+ autour de 0.06 et Cd++/Cd+ autour de 0.35 lors de l'évaporation de différentes pointes et dans différentes sondes atomiques permet d'atteindre une composition correcte des deux couches ZnTe et CdSe. Les paramètres déterminés expérimentalement permettent de réduire la perte de détection des ions liés à leurs différents champs d'évaporations. En revanche, il est préférable de privilégier une évaporation à laser minimale à 343 nm (UV) pour optimiser la résolution spatiale de la sonde et la reconstruction 3D pour ces deux semi-conducteurs. Pour l'analyse des super-réseaux par sonde atomique, il est donc primordiale de d'abord définir l'objectif de l'expérience (précision de composition ou de reconstruction) pour pouvoir choisir les bons paramètres d'analyse.L'étude structurale des super-réseaux de ZnTe/CdSe a révélé que les interfaces sont constituées de liaisons ZnSe. La nature des interfaces a été obtenue par imagerie en contraste chimique en haute résolution, par profils de concentrations obtenus par la méthode des zêta-facteurs en EDX et par la présence d'ions moléculaires ZnSe dans le spectre de masse en sonde atomique. L'étude structurale de nombreux échantillons a prouvé la capacité des atomes de Zn et de Se à former des liaisons au détriment des liaisons CdTe. Les conditions de croissance ont été successivement améliorées pour tenir compte de ces observations et afin de forcer la formation d'interfaces de type CdTe. Malgré les précautions prises, la présence de ZnSe semble inévitable et les options encore envisagées pour obtenir ces interfaces sont réduites.La sonde atomique couplée à l'analyse chimique EDX a révélé la présence d'agglomération des atomes de Cr sous forme de zone riche large de quelques nanomètres dans le semi-conducteur magnétique dilué CdCrTe. Ces deux techniques ne permettent pas de déterminer la composition précise de ces agglomérations riches en Cr mais leurs formes semblent évoluer avec l'augmentation de la teneur en Cr dans différents échantillons
This PhD work addresses the problem of atomic scale structural characterization of II-VI based heterostructures. The correlative use of atom probe tomography and transmission electron microscopy reveals the structure and composition of interfaces in ZnTe/CdSe superlattices to improve their growth condition. The atomic structure and the atomic Cr distribution are also revealed in (Cd,Cr)Te diluted magnetic semiconductor.When experimental parameters set in the atom probe are optimized, quantitative data can be obtain on both ZnTe and CdSe semiconductors with this technique. Compositions are obtained with the mass spectrum and it has to be correctly indexed. Experimental studies reveal that with the application of a low voltage on the tip and a moderate laser power around 2.5 nJ with a green laser (515 nm), the measured composition in ZnTe and CdSe are close to the stoichiometry between cations and anions. Setting the cations ratio Zn++/Zn+ around 0.06 et Cd++/Cd+ around 0.35 during the evaporation of the field is a reliable way to reach the optimum evaporation condition for different tips and in different atom probes. Those parameters are responsible for lowering the loss in the detection of the ions due to their different evaporation field. However, the application of a low laser power in UV (343 nm) will enhance the spatial resolution of the atom probe and the 3D reconstruction of both semiconductors. Before the evaporation of the superlattices, it is therefore compulsory to define the objectives of the experiment first.Structural studies of ZnTe/CdSe superlattices reveal that interfaces are composed of ZnSe. Their chemistry is obtain by high resolution Z-contrast images, composition profiles obtain by the zeta-factor method in EDX and by the presence of ZnSe molecular ions in the atom probe tomography mass spectrum. Many samples are investigated to highlight the ability of Zn and Se to bind together instead of Cd and Te. Growth condition are improved by taking this information into account and to force the formation of CdTe based interfaces. Despite the growth precaution, ZnSe bonds seem inevitable and it lowers the possibility to finally obtain CdTe interfaces.Atom probe tomography studies correlated with EDX chemical mapping reveal the gathering of Cr in rich region off a few nanometers in the diluted magnetic semiconductor CdCrTe. Both techniques are not reliable to get the composition of this Cr riche regions but they reveal a change in their shapes with the increase of Cr concentration in different samples

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Shayan, Azad Seyed Ramtin. "Analyse structurale de la biogenèse de la petite sous-unité ribosomique eucaryote par cryo-microscopie électronique et analyse d'images." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30128.

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Abstract:

L'assemblage des deux sous-unités ribosomiques (appelées 40S et 60S chez les eucaryotes) est un processus complexe, qui nécessite l'intervention de plus de 200 co-facteurs de maturation (CFM). Pour former des sous-unités ribosomiques matures et fonctionnelles, les CFM sont nécessaires à la maturation des ARN ribosomiques (ARNr), mais également à leur repliement correct et à leur assemblage avec les protéines ribosomiques (Rps). Malgré une identification quasi-exhaustive de ces CFM chez la levure et l'humain, leur fonction moléculaire précise reste à élucider. Par ailleurs, des défauts dans la synthèse des ribosomes ont récemment été associés à une liste croissante de maladies génétiques humaines (appelées ribosomopathies) et de cancers, ce qui nécessite une compréhension précise de chaque étape des mécanismes de biogenèse des ribosomes. De nombreuses études moléculaires et fonctionnelles ont récemment permis de définir plusieurs étapes successives de maturation cytoplasmique des particules pré-40S eucaryotes. Il est maintenant crucial d'intégrer ces descriptions moléculaires très détaillées des événements de maturation des ribosomes dans une vision tridimensionnelle de l'assemblage des ribosomes, et de comprendre le remodelage structural que les particules pré-ribosomiques peuvent subir au cours de leur maturation. Dans ce but j'ai déterminé, par cryo-microscopie électronique en transmission et analyse d'images, la structure 3D de précurseurs de la petite sous-unité ribosomique, purifiés à différentes étapes de maturation, chez l'Homme et la levure. Dans un premier temps, j'ai utilisé le CFM Tsr1 comme appât de purification dans des levures de phénotype sauvage, et déterminé la structure haute résolution de ces particules pré-40S cytoplasmiques. Ceci m'a permis de mettre en évidence trois étapes de maturations successives, commençant par l'autophosphorylation et le relargage du CFM Ltv1 et aboutissant à la flexibilité de la plateforme de la particule pré-40S. Ensuite, en collaboration avec le Dr Brigitte Pertschy (Graz, Autriche) j'ai déterminé la structure de particules pré-40S cytoplasmiques de levure, portant une mutation sur la protéine Rps20.Ceci a permis de mieux caractériser le rôle de Rps20 dans le relargage des CFM Rio2 et Ltv1 lors de l'assemblage de la sous-unité 40S. Enfin, j'ai déterminé la structure 3D des particules pré-40S humaines purifiées à un stade cytoplasmique tardif, à une résolution de 3 Å. Ce travail a été mené en collaboration avec l'équipe du Pr. Ulrike Kutay (ETH Zurich). Cette analyse nous a permis de localiser pour la première fois le CFM RIO1 sur les particules pré-40S cytoplasmiques tardives. En outre, nos résultats nous ont permis de mettre en lumière l'existence de remodelages structuraux inédits dans les dernières étapes de la maturation de la petite sous-unité ribosomique humaine
Ribosome assembly is a complex process that requires the intervention of more than 200 assembly factors (AFs). These proteins are essential for the processing and modification of ribosomal RNAs, as well as the structural assembly of ribosomal subunits. This mechanism, highly studied in yeast, generally conserved in eukaryotes, but has become more complex with evolution in higher eukaryotes. In addition, defects in ribosome synthesis have recently been associated with a list of human genetic diseases (called ribosomopathies) and cancers, via ribosome biogenesis disease. Numerous molecular and functional studies then made it possible to define several successive stages of cytoplasmic maturation of pre-40S particles in human and yeast. It is now crucial to incorporate these highly detailed molecular descriptions of ribosome maturation events into a three-dimensional view of ribosome assembly and to understand the structural remodeling of pre-ribosomal maturation particles. Using tandem purification methods, coupled with cryo-electron microscopy and isolated particle analysis, I have determined several high-resolution 3D structures of cytoplasmic pre-40S particles, in yeast and human, at different maturation steps. First, i determined the 3D structure of the pre-40S particles, purified using AF Tsr1-FPZ as a bait at 3.1 Å resolution. Structural heterogeneity tests indicated that the beak and platform domains are dynamic zones, and sheds new light on the structural remodeling events occurring during 40S subunit assembly. Moreover, in collaboration with the team of Dr. Brigitte Pertschy, we have determined the 3D structure of yeast cytoplasmic pre-40S particles carrying point mutations on Rps20. Our atomic models have allowed to highlight a close relationship between the correct assembly of Rps20 and the release of AFs Ltv1 and Rio2 from the maturing small ribosomal subunit. Finally, I also determined the 3D structures of human pre-40S particles trapped at a very late cytoplasmic maturation step, with a resolution of ~3 Å. This work was performed in collaboration with Prof. Ulrike Kutay's team (ETH Zurich). These data allowed us to uncover new steps in the cytoplasmic maturation of human pre-40S particles. This structural study allows us to propose new molecular mechanisms underlying the final steps of eukaryotic ribosomal assembly

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Lecorre, François. "Apport des récentes évolutions de la cryo-microscopie électronique et du traitement d’images dans l’étude structurale de virus de plantes." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT061/document.

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Abstract:

La cryo-microscopie électronique a connu une révolution majeure ces dernières années, liée à des évolutions technologiques importantes, tant au niveau des microscopes, que des caméras ou des logiciels de traitement d’images. Ainsi, avec l’arrivée de microscopes électroniques plus stables mécaniquement et électroniquement, il est possible d’enregistrer plusieurs milliers d’images de façon automatique en quelques jours, et par conséquent d’obtenir un jeu initial d’images conséquent des particules des complexes protéiques étudiés. Sauf que maintenant, il ne s’agit plus d’image au sens strict, mais de film. En effet, les nouvelles caméras, dites à détection directe d’électrons, permettent de décomposer l’image en plusieurs fractions d’images au cours de l’exposition, et ce, avec une sensibilité dix fois supérieure par rapport à celle des anciennes caméras. L’analyse de ces fractions d’images a permis de montrer que les particules protéiques, bien que piégées dans une mince pellicule de glace, bougeaient sous l’effet du faisceau d’électrons. L’alignement des fractions et leur sommation permettent ainsi de corriger ces mouvements, améliorant la qualité du signal contenu dans chaque image. Ainsi, alors que pendant des dizaines d’années, les informations structurales extraites des images des microscopes électroniques étaient limitées à la moyenne résolution, c’est à dire entre 5 et 15 Å de résolution, nous voyons apparaître depuis ces deux-trois dernières années, de très nombreuses cartes de densités électroniques de complexes protéiques issues de la microscopie électronique, à des résolutions inférieures à 4 Å, permettant de construire des modèles atomiques à l’aide d’outils jusqu’alors réservés à la cristallographie aux rayons X. C’est dans ce contexte, que j’ai étudié par cryo-microscopie électronique et traitement d’images, l’organisation structurale de trois virus de plante :- Le virus de la mosaïque de l’arabette (ArMV), un Nepovirus uniquement transmis par le nématode Xiphinema diversicaudatum, qui est responsable de la maladie du court-noué de la vigne. -Le virus de la tâche de la fève (BBSV), un Comovirus transmis par les coléoptères, responsable de la dégénération chez les légumineuses.- Le virus de la mosaïque du chou-fleur (CaMV), un Caulimovirus servant de virus modèle pour l’étude de la transmission des virus non circulants.Les virus sont des parasites endocellulaires obligatoires, dont l’efficacité dépend de leur capacité de réplication au sein de la cellule infectée et de leur transmission vers de nouveaux hôtes. En raison de l’immobilité des plantes, les phytovirus font souvent appel à des vecteurs pour la transmission plante à plante, qui sont principalement des insectes, des nématodes, des champignons ou des acariens. Les phytovirus sont généralement responsables d’une baisse importante de croissance de la plante et des fruits, voire de la mort de l’hôte infecté. Les dégâts ainsi causés engendrent des pertes de rendement dans les cultures partout dans le monde, se traduisant par d’énormes pertes économiques pour les cultivateurs. Ce travail de thèse présente les structures atomiques de l’ArMV et du BBSV obtenues par cryo-microscopie électronique, ainsi que les premiers résultats obtenus sur la structure de la capside du CaMV, et sa protéine de transmission P2
A revolution has taken over the world of cryo-electron microscopy for the last years, by dint of a major breakthrough both in technology, with the rise of new microscopes and cameras, and in image processing. With the advent of high-end microscopes, mechanically and electronically more stable, one can expect to record an initial data set of thousand images in few days, thanks to automated acquisition. Besides, the new direct electron detectors can not only record images, but also movies with a better sensitivity than the one we used to have. The movie processing revealed the existence of a beam-induced motion occurring during acquisition. The correction of the motion through frame alignment improves significantly the quality of data. Thus, cryo-electron microscopy was only limited to a middle resolution range (5 to 15 Å) until two or three years ago, when several density maps above 4 Å started to appear, allowing the building of atomic model using tools that were only restricted to X-ray crystallography.In this context, I have studied the structural organization of three plant viruses, using cryo-electron microscopy and image processing:- Arabis Mosaic Virus (ArMV), it’s a Nepovirus only transmitted by the nematode Xiphinema diversicaudatum, responsible for disease of vineyards.- Broad Bean Stain Virus (BBSV), it’s a Comovirus transmitted by beetles, responsible for the degeneration of leguminous plants.- Cauliflower Mosaic Virus (CaMV), it’s a Caulimovirus used as model to characterize the transmission of non circulative viruses.Viruses are obligate intracellular parasites, which efficiency is directly related to its replicative capacity inside the infected cell, and its transmission to new hosts. Due to the immobility of plants, plant viruses often use vectors for the transmission plant to plant, which are mainly insects, nematodes, fungi or mites. Plant viruses are generally responsible for a significant decrease in plant and fruit growth, and even the death of the plant. The plant viruses are devasting fields worldwide, causing huge loss in crop yield each year. This study highlights the atomic structures of ArMV and BBSV, as well as the first data about the CaMV capsid and its transmission protein

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Cadel, Emmanuel. "Etude de la ségrégation intra et intergranulaire de solutés par sonde atomique tomographique et microscopie électronique en transmission." Rouen, 2000. http://www.theses.fr/2000ROUES036.

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Abstract:

La ségrégation est une expression générale qui décrit un rassemblement d'atomes autour des défauts d'un matériau. La sonde atomique tomographique a été utilisée pour analyser à une échelle nanométrique la répartition des atomes près de défauts linéaires et plans. Le bore est ajouté en quantité infinitésimale dans l'alliage Fe-40Al (structure ordonnée B2) pour augmenter sa résistance mécanique à température ambiante. La répartition spatiale des atomes de bore dans les grains de l'alliage Fe-40Al montre que ces atomes ségrégent sur les parois d'antiphase et les fautes d'empilements. L'image d'une atmosphère de Cottrell a été visualisée pour la première fois à une échelle nanométrique. L'enrichissement en bore au cœur de la dislocation s'accompagne d'un appauvrissement en aluminium. Le bore se substituerait aux atomes d'aluminium. Cette ségrégation de bore sur les défauts de l'alliage Fe-40Al semble responsable de la stabilisation d'une nouvelle microstructure. L'utilisation conjointe de la microscopie électronique en transmission et de la sonde atomique a permis d'étudier sur plusieurs joints de grains, la relation entre leur chimie et leur structure. Un superalliage à base de nickel N18 dopé au bore constitue le support expérimental de cette étude. Le bore, le molybdène et le chrome ségrégent aux joints. Mais ces analyses démontrent que les joints dits généraux sont les plus riches en bore. Quand cet enrichissement en bore atteint et dépasse 5 atomes par nanomètre carré, une zone désordonnée de deux nanomètres d'épaisseur sépare toujours les précipités ordonnés et le plan du joint. Dans le plan d'un joint de grains, des atomes ségrégés forment des cellules parallélépipédiques. Cette répartition semble provenir de la position légèrement désorientée par rapport à une position de coïncidence, de ce joint.

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Nunez, Eroles Marc. "Nanogravure et caractérisation structurale et électronique de rubans de graphène cristallins." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30201/document.

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Abstract:

Les principaux objectifs de cette thèse sont la fabrication et la caractérisation structurale à haute résolution de nanorubans de graphène à bords atomiquement lisses ainsi que leur intégration dans des composants et l'étude du transport électronique. En premier lieu, nous montrons que des nanorubans de graphène cristallins de largeur inférieure à 100 nm et avec des qualités structurales supérieures l'état de l'art peuvent être découpé par un faisceau électronique focalisé d'énergie modérée en présence d'oxygène. Les caractéristiques des rubans obtenus sont également supérieures à l'approche précédente utilisant la vapeur d'eau. Dans un deuxième temps, la structure des nanorubans est caractérisée jusqu'à l'échelle atomique par microscopie électronique en transmission corrigée des aberrations sphériques. Nous montrons que la cristallinité des nanorubans, tant en leur centre que le long des bords de découpe, est préservée. Les performances de notre approche atteignent l'état de l'art et sa reproductibilité permet de fabriquer des rubans longs de plusieurs centaines de nanomètres mais de largeur aussi fine que 16 nm. Ensuite, nous avons transposé la découpe de nanoruban suspendus à une configuration partiellement suspendue sur substrat SiO2/Si permettant de les intégrer dans des composants adaptés aux mesures de transport électronique à basse température et sous champ magnétique. Le transport électronique dans les rubans contactés de 60 x 300 nm présente un gap et des oscillations en balayage de grille arrière qui sont en accord avec un mécanisme de blocage de Coulomb dans un domaine de taille de l'ordre de la taille du ruban. Si ces résultats montrent la persistance de barrières tunnel, ses bords semblent de qualité suffisante pour ne pas induire de confinement supplémentaire. Au-delà des composants mésoscopiques, notre méthode de fabrication des rubans par gravure électronique sous oxygène ouvre des perspectives dans deux domaines en émergence. Elle est compatible avec l'ultravide et parfaitement adaptée au développement d'une technologie atomique à base de graphène. Une caractérisation de la contamination du graphène ainsi qu'une caractérisation électrique de dispositifs de graphène qui a été fait par microscopie à effet tunnel multisonde en ultra vide. Enfin, les rubans de graphène que nous produisons ont les dimensions et qualités structurales requises pour observer un comportement plasmonique du graphène dans le visible et ainsi interagir avec des structures plasmoniques métalliques. Ce couplage a été examiné en étudiant le signal Raman du graphène au voisinage de colloïdes d'or
The main objectives of this thesis are the fabrication and high-resolution structural characterisation of graphene nanoribbons with atomically smooth edges as well as their device integration and electronic transport study. In first place, we show that crystalline graphene nanoribbons with width under 100 nm and structural properties better than the state of the art can be patterned by a focused electron beam in presence of oxygen. The structural characteristics of the ribbons are also better than the old process using water vapour. Secondly, nanoribbons structure is characterized down to the atomic scale by spherical aberration corrected transmission electron microscopy. We show that the nanoribbons crystallinity, of the centre as well as along the cut edges, is preserved. The performance of our process reaches the state of the art and its reproducibility allows to produce ribbons with length of hundreds of nanometer but as narrow as 16 nm. After that, we have transposed the suspended nanoribbon etching to a partially suspended configuration on a SiO2/Si substrate allowing the integration in devices suitable for electronic transport measurements at low temperature and under magnetic field. The electronic transport in contacted ribbons of 60x300 nm shows a gap and oscillations on backgate scanning measurements that are in agreement with a Coulomb blockade mechanism with dot sizes in the range of the ribbon surface. Even though those results show the persistence of tunnel barriers, the edges quality look good enough to avoid additional confinement. Other than mesoscopic devices, our ribbon fabrication process by electronic beam under oxygen atmosphere opens perspectives in two emergent fields. The process is ultra high vacuum compatible and perfectly adapted to the development of an atomic graphene based technology. A characterisation of contaminants of graphene samples as well as electrical characterisation of graphene devices has been performed in a multiprobe scanning tunnelling microscope in ultra high vacuum. Finally, our graphene nanoribbons have the right dimensions and structural qualities required for the observation of plasmonic behaviour of graphene in visible light and so interact with metallic plasmonic structures. This coupling has been analysed by studying the Raman signal of graphene at the close environment of gold colloids

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Larburu, Natacha. "Etude structurale de la biogenèse de la petite sous-unité ribosomique humaine par cryo-microscopie électronique et analyse d'images." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30336/document.

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Abstract:

La biogenèse des ribosomes eucaryotes est un processus complexe qui implique la production et l'assemblage de 4 ARNr et 80 protéines. La production des deux sous-unités du ribosome, 40S et 60S, débute dans le nucléole par la synthèse d'un long précurseur commun contenant les séquences des ARNr matures et se termine dans le cytoplasme où ont lieu les dernières étapes d'assemblage des protéines ribosomiques et de clivage des ARNr. La production de ribosomes nécessite la participation de plus de 200 co-facteurs, qui catalysent les clivages et modifications des ARNr, coordonnent leur repliement et leur association aux protéines ribosomiques, et assurent des étapes de contrôle-qualité. Ces protéines sont associées aux particules en cours de maturation et absentes des sous-unités matures. Cette voie de synthèse, globalement conservée chez les eucaryotes, a été principalement étudiée chez la levure. Cependant, des études récentes ont montré des différences importantes de ce processus entre levure et mammifères. Un des verrous importants pour comprendre la fonction des co-facteurs, est l'absence de données sur la structure des précurseurs des sous-unités ribosomiques. J'ai donc entrepris une étude structurale de l'assemblage cytoplasmique de la petite sous-unité ribosomique chez l'homme par cryo-microscopie électronique à transmission. Le but de ma thèse était de déterminer la structure 3D des précurseurs de la petite sous-unité ribosomique purifiés à différentes étape de leur maturation. Ce travail a été conduit en collaboration avec l'équipe du Pr. Ulrike Kutay (ETH Zurich) pour la purification des particules pré-40S à partir de cellules humaines. La première structure 3D de particule pré-40S intermédiaire purifiée en étiquetant le co-facteur LTV1 a été déterminée à 19Å de résolution. Dans un deuxième temps, la structure 3D de la particule pré-40S tardive purifiée à via RIO1(KD) a aussi été déterminée à 15Å de résolution. Ces données nous ont permis de proposer un modèle de localisation des co-facteurs sur les précurseurs de la petite sous-unité ribosomique et de montrer une nouvelle différence dans la formation de la petite sous-unité chez l'Homme comparé à la levure, du fait de la présence de la protéine RACK1 sur les particules pré-40S humaines. La comparaison des structures des précurseurs de la petite sous-unité obtenues a permis de mettre en lumière l'existence de remodelages structuraux de la particule pré-40S au cours de sa maturation. Ce travail met en lumière les premières structures 3D de particules pré-40S humaines et pose les fondements méthodologiques d'explorations futures de la dynamique structurale des particules pré-ribosomiques
Ribosome biogenesis is a complex process that requires the production and the correct assembly of the 4 rRNAs with 80 ribosomal proteins. In Human, the production of the two subunits, 40S and 60S, is initiated by the transcription of a pre-ribosomal rRNA precursor to the mature 18S, 5.8S, and 28S rRNAs by the RNA polymerase I, which is chemically modified and trimmed by endo- and exoribonuclease, in order to form the mature rRNAs. The nascent pre rRNA associated with ribosomal proteins, small ribonucleoprotein particles (snoRNP) and so called co-factors leading to the assembly of an initial 90S particle. This particle is then split into pre-40S and pre-60S pre-ribosomal particles that fallow independent maturation to form the mature subunit into the cytoplasm. Production of eukaryotic ribosomes implies the transient intervention of more than 200 associated proteins and ribonucleoprotein particles, that are absent from the mature subunits. Synthesis of ribosome, globally conserved in eukaryotes, has been principally studied in yeast. However, recent studies reveal that this process is more complex in human compared in yeast. An important bottleneck in this domain is the lack of structural data concerning the formation of intermediate ribosomal subunits to understand the function of assembly factors. Determination of the structural remodeling of pre-ribosomal particles is crucial to understand the molecular mechanism of this complex process. So I have undertaken a structural study on the assembly of the small ribosomal subunit using cryo-electron microscopy and image analysis. The goal of my thesis is to determine the 3D structures of human pre-40S particles at different maturation stages to see the structural remodeling that occurs during the biogenesis of the small ribosomal subunit. We are collaborating with the group of Pr Ulrike Kutay at ETH Zurich, who purify human pre-40S particles. The 3D structures of human pre-40S particles purified at an intermediate and late maturation stages, has been determined with a resolution of 19 and 15Å respectively. Supplementary densities, compared to the mature subunit, indicate the presence of assembly factors and show the unexpected presence of the RACK1 protein in the precursor of the human small ribosomal subunit in the cytoplasm. The comparison of the 3D structures of human pre-40S particle allows showing the structural remodeling that occur during the maturation of the small ribosomal subunit. This work provides the first 3D structure of human pre-40S particles and laid the methodological foundations for future exploration of the structural dynamics of pre-ribosomal particles

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Glavier, Marie. "Études structurales par cryo-microscopie électronique d’un système d’efflux multi-drogues bactérien, impliqué dans la résistance aux antibiotiques." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0239/document.

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Abstract:

L'apparition croissante de bactéries pathogènes multi-résistantes à la plupart des antibiotiques disponibles apparaît comme un problème mondial de santé publique. Malheureusement, un usage excessif à la fois en médecine humaine et animale a conduit à l’apparition de souches multi-résistantes à la plupart des antibiotiques disponibles sur le marché. Il est donc urgent de mieux comprendre les mécanismes mis en place par les bactéries pour résister aux antibiotiques afin de trouver des solutions pour combattre les souches multi-résistances.Dans ce contexte, le projet de la thèse vise à mieux comprendre les bases moléculaires de l’efflux actif de drogues chez Pseudomonas aeruginosa, qui est un des plus importants mécanismes utilisés par la bactérie pour lutter contre l’action de plusieurs antibiotiques. Les systèmes d’efflux forment des complexes protéiques situés dans la paroi de la bactérie et expulsent de manière active les antibiotiques avant même qu’ils aient pu atteindre leur cible intracellulaire, les rendant ainsi inactif.L’étude structurale se focalise sur le système RND (Resistance-Nodulation and cell Division) MexA-MexB-OprM qui est constitutivement exprimé chez la bactérie sauvage et est surexprimé chez les souches résistantes. Ce complexe tripartite est composé d'un transporteur inséré dans la membrane interne, d'une protéine canal insérée dans la membrane externe et d’une protéine adaptatrice périplasmique qui relie les deux autres protéines pour former un conduit étanche traversant le périplasme. En l’absence de la connaissance de la structure du complexe tripartite, l’objectif de la thèse a été de développer une stratégie originale pour reconstituer in vitro le complexe entier dans un environnement lipidique à partir des trois composants natifs produits séparément.L’assemblage du complexe tripartite est réalisé en mélangeant MexB et OprM en Nanodisque avec MexA mimant les deux bicouches lipidiques. La structure de ce complexe tripartite a été obtenu en combinant la cryo microscopie électronique et à l’approche dite ‘des particules isolées’. La structure tridimensionnelle du complexe calculée à une résolution inférieure à 4 Å a permis de construire un modèle atomique du complexe tripartite assemblé entre deux Nanodisques.Le complexe tripartite est composé d’un trimère d’OprM, d’un trimère de MexB et d’un hexamère de MexA entourant MexB et en interaction avec OprM. Ces données ont permis de résoudre la structure complète de MexA dans le complexe dont la partie N-terminale jusqu’alors inconnue car trop flexible et décrivent pour la première fois l’ancrage de MexA dans une membrane lipidique. Les changements conformationnels sont observés sur OprM et MexB lorsqu’ils sont engagés dans le complexe avec l’ouverture de l’extrémité périplasmique d’OprM et le basculement d’une boucle de MexB permettant d’établir un contact supplémentaire avec MexA.Pour replacer cette structure tripartite dans le cycle d’efflux de l’antibiotique, celle-ci décrit un état qui s’apparente probablement à un état au repos, sachant qu’aucun ligand spécifique n’a été ajouté au cours de l’assemblage. De plus, le complexe forme un canal ouvert à son extrémité extracellulaire, fournissant le conduit pour évacuer les drogues transportées par MexB qui utilise la force protomotrice comme source d’énergie.Ce travail ouvre la perspective à des études structurales d’autres états conformationnels du système d’efflux en condition « énergisé » pour compléter la compréhension du mécanisme du cycle d’efflux. Par ailleurs, la connaissance de cette première structure du complexe natif tripartite constitue le premier pas vers le développement de molécules capables de bloquer l’assemblage du complexe à des fins thérapeutiques. En effet, de telles molécules inhiberaient l’efflux actif et restauraient l’efficacité perdue des antibiotiques actuels
The increasing appearance of multi-drug-resistant pathogenic bacteria to most available antibiotics is emerging as a global public health problem. Unfortunately, excessive use in both human and animal medicine has led to the emergence of multi-drug-resistant strains for most antibiotics available on the market. It is therefore urgent to better understand the underlying mechanisms by which bacteria resist to antibiotics to combat multi-resistance strains. In this context, this work aims at better understanding the molecular basis of active drug efflux in Pseudomonas aeruginosa, which is one of the most important mechanisms used by the bacterium to resist to several antibiotics. Efflux systems form protein complexes in the bacterial wall and actively expel antibiotics even before they reach their intracellular target, rendering them inactive. The structural study focuses on the MexA-MexB-OprM RND (Resistance-Nodulation and cell Division) system that is constitutively expressed in wild-type bacteria and is over-expressed in resistant strains. This tripartite complex is composed of a transporter inserted into the inner membrane, a channel protein inserted in the outer membrane and a periplasmic adapter protein that connects the other two proteins to form a sealed conduit through the periplasm. In the absence of knowledge of the structure of the tripartite complex, the aim of the thesis was to develop an original strategy to reconstitute the whole complex in vitro in a lipid environment from the three native components produced separately.The assembly of the tripartite complex is made by mixing MexA with MexB and OprM in Nanodisc mimicking the two lipid bilayers. The structure of this tripartite complex was obtained by combining cryo electron microscopy and the so-called 'isolated particles' approach. The three-dimensional structure of the complex, calculated at a resolution of less than 4 Å, was used to build an atomic model of the tripartite complex assembled between two Nanodiscs. The tripartite complex is composed of an OprM trimer, a MexB trimer and a MexA hexamer surrounding MexB and interacting with OprM. We solve the complete structure of MexA whose N-terminal part hitherto unknown because of a high flexibility and describe for the first time the anchoring of MexA in a lipid membrane. The conformational changes are observed on OprM and MexB when they are assembled in the complex with the opening of the periplasmic end of OprM and the spatial re-orientation of a MexB loop to establish additional contact with MexA.To integrate this tripartite structure into the antibiotic efflux cycle, it describes a state that is probably a resting state, knowing that no specific ligand was added during assembly. In addition, the complex forms an open channel at its extracellular end, providing the conduit to evacuate the drugs carried by MexB that uses the proton motive force as a source of energy. This work opens new perspective for structural studies of other conformational states of the efflux system in "energized" conditions to fulfill our understanding of the efflux cycle mechanism. Moreover, the knowledge of this first tripartite native complex structure constitutes the first step towards the development of molecules capable of blocking the assembly of the complex for therapeutic uses. Indeed, such molecules would inhibit active efflux and restore the lost efficiency of current antibiotics

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Effantin, Grégory. "Etudes par cryo-microscopie électronique de la structure de virus : application aux bactériophages Gifsy-2 de Salmonella Typhimirium et T5 d'E. Coli." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://www.theses.fr/2005GRE10190.

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Les génomes de bactériophages sont connus pour être mosaïques. Avec l'augmentation des structures disponibles sur ces virus, leur morphologie aussi apparaît de plus en plus comme telle. Les structures de 4 différents intermédiaires dans l'assemblage de la capside icosaédrique du bactériophage Gifsy-2, infectant les bactéries Salmonella ont été résolues par cryo-microscopie électronique jusqu'à une résolution de 12Å. Au niveau génétique, un long gène code en partie Cterminale pour la protéine de capside majeure alors que sa partie Nterminale est fortement similaire du point de vue de sa séquence primaire aux protéases de la famille Clp. Ces résultats et ceux obtenus sur d'autres phages suggèrent que les 200 résidus en partie centrale regroupent les fonctions restantes, nécessaire à l'assemblage de la capside. Cette organisation en un gène unique est une nouvelle variante des stratégies développées par les phages pour modifier la voie d'assemblage de leur capside. Nous avons aussi déterminé les structures de la capside et de la queue du phage T5 , infectant la bactérie E. Coli à des résolutions de 19 et 30 Å respectivement confirmant l'inhabituelle symétrie d'ordre 3 de sa queue. Sa capside icosaédrique est composée par des pentamères et hexamères de pb8 et par pb10 s'attachant au centre de ces derniers, le tout étant décrit par une géométrie T=13. La comparaison des séquences primaires de pb8 et gp5 d'HK97 et la modélisation du modèle atomique de gp5 dans la capside de T5 montrent que ces 2 protéines adoptent sûrement le même repliement 3D. Nous proposons aussi que le domaine Nterminal de la protéine pb8 soit impliqué dans l'assemblage initial de la capside d'une manière similaire à HK97
Bacteriophage genomes are distinctly mosaic, and as more structures are solved, the phage morphologies also demonstrate a mosaic pattern. In a first project, we have solved capsid structures for several maturation intermediates of Gifsy-2, a phage infecting the bacteria Salmonella, by cryo-electron microscopy to resolutions up to 12 Ångstroms. On the genetic level we observe a long gene encoding the mature gifsy-2 capsid protein at the C-terminal end, and find striking homology with the Clp-P protease at the N-terminus including alignment of the catalytic triad. By analogy with related phage genomes the central domain encoding ~200 amino acids is expected to have scaffolding and/or decoration functions. This unique gene structure gives rise to a capsid maturation pathway that engages features from phages ? and HK97. In a second project, we have determined the E. Coli phage T5 structures of the icosahedral capsid to 19 Ångstroms resolution and the helical tail to ~30Å. We confirm the unusual trimeric symmetry of the tail tube. The capsid is composed of pentamers and hexamers of pb8 arranged with triangulation number t=13 and we localize the pb10 decoration protein to the exterior surface of the hexamers. Sequence comparison between pb8 and the HK97 capsid protein, together with modeling of the T5 capsid with HK97 atomic model, suggests that the T5 capsid likely adopts the same capsid protein fold as its smaller sibling, differing in size by the inclusion of additional hexamers. We propose that the precursor N-terminal domain of pb8 is involved in initial capsid assembly, as for HK97, specifically directing construction of the appropriately sized capsid

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Lopez-Lozano, Nina. "Caractérisation structurale de nanomachines bactériennes impliquées dans l'adaptabilité et la virulence." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2023. http://www.theses.fr/2023BORD0482.

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Abstract:

Cette thèse est divisée en deux thématiques.La première porte sur le système de Sécrétion de TypeIV cag (cag-SST4) d’Helicobacter pylori. Il s’agit d’une machinerie de sécrétion complexe enchâssée dans l’enveloppe cellulaire de la bactérie, lui permettant d’injecter l’oncoprotéine CagA dans les cellules épithéliales gastriques humaines. Cette toxine est considérée comme un facteur de virulence majeur d’H. pylori. Elle interagit avec des protéines de l’hôte, perturbant la signalisation cellulaire et entraînant des modifications pouvant favoriser le développement de maladies gastrointestinales, y compris des ulcères et des cancers gastriques. Le cag-SST4 est subdivisé en trois parties : (i) un complexe de membrane interne, composé essentiellement d’ATPases fournissant l’énergie nécessaire à son assemblage et/ ou son fonctionnement ; (ii) un complexe de membrane externe, ou complexe core, formant un canal qui relie les membranes interne et externe et (iii) un pilus extracellulaire, dont l’existence est toujours controversée, et qui permettrait d’établir un contact entre la bactérie et sa cible, et éventuellement de transférer les substrats à travers la membrane de l’hôte.Un premier projet porte sur le pilus extracellulaire. L’objectif est d’obtenir des données concernant une interaction supposée entre les protéines CagI et CagL, essentielles à la sécrétion et pressenties pour entrer dans la composition du pilus. Nous avons surexprimé des versions recombinantes de ces protéines chez Escherichia coli et nous les avons co-purifiées par chromatographie d’affinité, démontrant ainsi une interaction directe entre elles. La capacité de DARPins et Nanobodies de lier ce complexe a été testée. L’analyse de ces complexes a également été entreprise par cryo-microscopie électronique (cryoME).Le second projet porte sur le complexe core avec pour objectif d’obtenir sa structure à haute résolution afin d’éclaircir les zones d’ombre qui persistent concernant cet imposant assemblage. Différentes techniques ont été mises en œuvre afin de pouvoir solubiliser ce complexe. Sa purification reste à optimiser afin de pouvoir envisager une analyse en cryoME. L’obtention de telles structures pourrait permettre de mieux comprendre le fonctionnement du cag-SST4 et d’envisager des stratégies permettant d’inhiber son assemblage et/ ou son fonctionnement, privant ainsi H. pylori d’un facteur de virulence majeur.La seconde thématique porte sur les spirosomes bactériens. L’enzyme AdhE est très conservée dans le règne bactérien et chez certains organismes eucaryotes. Il s’agit d’une enzyme bifonctionnelle alcool/ aldéhyde déshydrogénase, responsable de la conversion de l’acétyl-CoA en acétaldéhyde puis en éthanol au cours de la fermentation alcoolique en anaérobie. Cette enzyme est communément retrouvée sous sa forme oligomérique, appelée spirosome. En fonction des ligands présents dans le milieu, les spirosomes d’E. coli peuvent se présenter dans une conformation compacte ou étendue, cette dernière constituant la forme active de l’enzyme. Contrairement aux spirosomes d’E. coli, ceux de Streptococcus pneumoniae sont naturellement stabilisés dans leur conformation étendue.L’objectif de ce projet est de comprendre quels sont les mécanismes à l’origine de cette différence de conformation. La cryoME nous a permis d’obtenir une structure à haute résolution du spirosome de S. pneumoniae et ainsi de pouvoir la comparer à celle du spirosome étendu d’E. coli. Des expériences de mutagenèse fonctionnelle avec complémentation nous ont permis de déterminer quels sont les résidus impliqués dans l’extension de ces spirosomes. Etant impliqués dans la pathogénicité et révélés indispensables à la physiologie bactérienne en l’absence d’oxygène, l’étude approfondie de leur conformation pourrait donc mener à la découverte de molécules capables de réguler leur activité, ce qui pourrait présenter un intérêt majeur dans les domaines des biotechnologies et de la santé
This thesis is divided into two themes.The first theme focuses on the cag Type IV secretion system (cag-T4SS) of the bacterium Helicobacter pylori. This is a complex secretion machinery embedded in the bacterium's cellular envelope, enabling it to inject the CagA oncoprotein into human gastric epithelial cells. This toxin is considered a major virulence factor of H. pylori. It interacts with host proteins, disrupting cell signaling and leading to changes that can promote the development of gastrointestinal diseases, including gastric ulcers and cancers. The cag-T4SS is subdivided into three parts: (i) an inner membrane complex, composed essentially of ATPases providing the energy required for its assembly and/or its function; (ii) an outer membrane complex, or core complex, forming a channel that connects the inner and outer membranes; and (iii) an extracellular pilus, the existence of which is still controversial, and which would establish contact between the bacterium and its target, and possibly transfer substrates across the host membrane.The first project focuses on the extracellular pilus. The aim is to obtain data concerning a putative interaction between the CagI and CagL proteins, which are essential for secretion and are thought to be involved in the composition of the cag-T4SS pilus. We overexpressed recombinant versions of these proteins in Escherichia coli and co-purified them by affinity chromatography, demonstrating a direct interaction between them. The ability of DARPins and Nanobodies to bind this complex was tested. Analysis of these complexes was also undertaken by cryo-electron microscopy (cryoEM).The second project focuses on the core complex, with the aim of obtaining its structure at high resolution in order to shed light on the remaining grey areas concerning this imposing assembly. Various techniques have been used to solubilize this complex. Its purification remains to be optimized before it can be analyzed by cryoEM. Obtaining such structures could lead to a better understanding of how cag-T4SS functions, and to consider strategies to inhibit its assembly and/or function, thus depriving H. pylori of a major virulence factor.The second theme concerns bacterial spirosomes. The AdhE enzyme is highly conserved in the bacterial kingdom and in certain eukaryotic organisms. It is a bifunctional alcohol/aldehyde dehydrogenase enzyme, responsible for the conversion of acetyl-CoA to acetaldehyde and then to ethanol during anaerobic alcoholic fermentation. This enzyme is commonly found in its oligomeric form, known as spirosome. Depending on the ligands present in the medium, E. coli spirosomes can have a compact or extended conformation, the latter constituting the active form of the enzyme. Unlike E. coli spirosomes, Streptococcus pneumoniae ones are naturally stabilized in their extended conformation.The aim of this project is to understand the mechanisms behind this conformational difference. CryoEM enabled us to obtain a high-resolution structure of the S. pneumoniae spirosome and thus comparing it with the extended E. coli spirosome. Functional mutagenesis experiments with complementation enabled us to determine which residues are involved in the extension of these spirosomes. As they are involved in pathogenicity and have been shown to be essential to bacterial physiology in the absence of oxygen, in-depth study of their conformation could lead to the discovery of molecules capable of regulating their activity, which could be of major interest in the fields of biotechnology and healthcare

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Beinsteiner, Brice. "Origine et évolution des récepteurs nucléaires et étude structurale du premier stéroïdien, ERR." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAJ099.

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Abstract:

Les récepteurs nucléaires (RNs) sont des facteurs de transcriptions se liant à des séquences spécifiques d'ADN et activant la transcription de gènes en réponse à la fixation de ligands spécifiques. Parmi tous les RNs impliquées dans l'étiologie des cancers, les récepteurs liés aux œstrogènes ERR jouent un rôle important dans les cancers du sein, de l'ovaire, du colon, de l’endomètre et la prostate. Ce RN est dit orphelin car il ne possède pas de ligand naturel connu à ce jour. Par une approche de biologie structurale intégrative combinant cryo-microscopie électronique, bioinformatique et évolution, mon travail de thèse s'est focalisé sur l'étude structurale de ERR et sur l'origine et l'évolution des RNs. Dans ce contexte, 3 outils informatiques ont été développés. Les résultats obtenus ont permis d'une part la révision des connaissances fondamentales sur l'origine des récepteurs nucléaires et leur évolution. D'autre part, l'étude structurale de ERR a permis d'acquérir de nouvelles données sur la topologie des récepteurs nucléaires stéroidiens fixés sur un élément de réponse ERRE/ERE ainsi que sur le mécanisme allostérique de la liaison du coactivateur PGC-1α sur le dimère de ERR. La résolution du complexe à l'échelle atomique par cryo-microscopie électronique permettra d'ouvrir la voie vers la conception de nouvelles molécules thérapeutiques
Nuclear receptors (NRs) are transcription factors which bind to specific DNA sequences and activate gene transcription in response to the binding of specific ligands. Among all of the RNs involved in the etiology of cancers, ERR estrogen receptors play an important role in breast, ovarian, colon, endometrial and prostate cancers. This NR is said to be orphan because it does not have a natural ligand known to date. Using an integrative structural biology approach combining cryo-electron microscopy, bioinformatics and evolution, my PhD work focused on the structural study of ERR and the origin and evolution of RNs. In this context, three informatic tools have been developed. The results obtained allowed, on the one hand, the revision of fundamental knowledge on the origin of nuclear receptors and their evolution. On the other hand, structural study of ERR allow us to acquire new data on topology of steroid nuclear receptors fixed on an element of ERRE / ERE response as well as on the allosteric mechanism of the binding of the coactivator PGC-1α on the dimer of ERR. The resolution of the complex at the atomic scale by cryo-electron microscopy will open the way towards the design of new therapeutic molecules

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Trépout, Sylvain Lambert Olivier. "Etude de l'assemblage du système d'efflux membranaire MexAB-OprM impliqué dans la résistance aux antibiotiques chez Pseudomonas aeruginosa caractérisation combinée par Microbalance à cristal de quartz avec mesure de dissipation et cryo-tomographie électronique /." S. l. : Bordeaux 1, 2008. http://ori-oai.u-bordeaux1.fr/pdf/2008/TREPOUT_SYLVAIN_2008.pdf.

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Amichi, Lynda. "Etude du dopage de type p dans des nanostructures de GaN par corrélation entre sonde atomique tomographique et holographie électronique hors axe optique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY088/document.

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Abstract:

La thèse porte sur l’étude du dopage de type p, à base de Mg, dans des nanostructures de GaN, dans le but de relier la distribution spatiale du dopant à son activité électrique grâce à la corrélation entre sonde atomique tomographique (APT) et holographie électronique hors axe optique réalisée dans un microscope électronique en transmission (TEM). L'APT est une technique de caractérisation qui repose sur l'évaporation par effet de champ des atomes de surface d'un échantillon, permettant l'analyse en termes de morphologie et de composition, en trois dimensions et à l'échelle atomique. L'holographie électronique hors axe optique fournit des cartographies du potentiel électrostatique introduit par les dopants actifs électriquement. Dans un premier temps, les conditions expérimentales ont dues être optimisées pour chacune des techniques, incluant la préparation des échantillons, les conditions de mesure ainsi que le traitement des données, de façon à obtenir des données fiables et les plus quantitatives possibles. Une analyse soigneuse et détaillée des artefacts et des erreurs qu’ils introduisent est rapportée. Il a en particulier été montré que réaliser les expériences d’holographie in-situ à haute température (400 °C) grâce à un porte-objet chauffant permettait d’augmenter très significativement le signal lié au dopage et ainsi accroitre la sensibilité de la mesure. Dans un deuxième temps, ces deux méthodes d’analyse ont été corrélées pour étudier d’une part l’influence de la température de croissance en MOCVD, d’autre part celle de la concentration nominale en dopants dans des nanostructures dédiées GaN. Nous avons pu confirmer grâce à l’APT l’existence de précipités riches en Mg dès que la concentration nominale excède environ 3E19 cm-3, dont la densité augmente avec la concentration nominale et diminue avec la température de croissance. Leur présence diminue la concentration en dopants potentiellement actifs situés dans la matrice en dehors de ces précipités. Néanmoins, les résultats obtenus par holographie, appuyés par des simulations numériques, indiquent que ces précipités n’auraient pas un rôle prépondérant dans la variation du potentiel électrostatique en fonction de la concentration nominale en dopants même pour des concentrations en Mg qui s’élèvent à 2E20cm-3
The aim of the thesis is to develop a methodology for the investigation of Mg which acts as p-type doping in GaN. We relate the spatial distribution of the dopants with their electrical activity which is achieved by coupling two complementary approaches, Atom Probe Tomography (APT) and Off-axis electron holography. These measurements have also been combined with high-resolution electron microscopy (HR-(S)TEM) for the structural characterization. APT is a unique characterization technique, based on the field effect evaporation of individual atoms of a needle shape sample, allowing the analysis of nano-devices both in terms of morphology and composition in three dimensions at the atomic scale. Off-axis electron holography uses an electron biprism to form an interference pattern from which the electrostatic potential arising from the active dopants can be determined. In this work the experimental procedure has been optimized for both techniques including specimen preparation, the microscope parameters and data treatment to recover accurate information about the position and activity of the dopants. For the holography measurements, a careful analysis of the artifacts that are present in these specimen has been performed to understand the effects of specimen preparation and charging under electron irradiation. We have performed these experiments at high temperature in-situ in the TEM (400 °C) as this increases the ionized dopant concentrations and reduces the artifacts that are present in our measurements. Having developed the methodology, these two techniques are then used to study the effect of temperature and dopant concentrations on the growth of Mg-doped GaN by MOCVD. We have been able to show by APT the existence of precipitates of Mg which are present from a concentration of 3E19 cm-3 whose size and density depends on the growth temperature and the total nominal dopant concentration. Their presence reduces the concentration of dopants that are potentially active in the specimens. However, the measurements of active dopants by holography combined with simulations suggest that the presence of these precipitates do not dominate the electrical properties of the material and that even in very highly doped specimens up to 2E20cm-3 the total active dopant concentrations are still higher than expected from previously published studies. The correlation between these techniques will provide valuable information to improve the Mg activation GaN which is currently a big issue for device manufacture

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Courjault, Nicolas. "Contribution à l'étude de solutions non destructives pour la détection et la localisation de défauts électriques dans les structures électroniques 3D." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30313/document.

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Abstract:

L'objectif de la thèse fut d'étudier plusieurs techniques d'analyse de défaillance (Microscopie magnétique, Thermographie à détection synchrone, Tomographie à Rayons X, Réflectométrie Temporelle) sur leur propriété de localisation de défaut électrique (Court-circuit, circuit ouvert, ouvert résistif, etc.) sur des systèmes et composants électroniques 3D. Des possibilités d'évolution de ces techniques sont suggérées afin de permettre d'assurer la localisation des défauts dans ces nouveaux composants électroniques. Ceci passe notamment par la mise en place d'analyses magnétiques sur des échantillons inclinés ainsi que par l'introduction d'une imagerie de phase, et d'amplitude magnétique. Ce travail a également permis de proposer le couplage d'informations obtenues par microscopie magnétique et tomographique à rayons X dont l'ensemble serait piloté par simulation magnétique 3D
The thesis purpose was to explore several failure analysis techniques (Magnetic microscopy, Lock-in Thermography, X-rays Tomography, Time Domain Reflectometry) on their capabilities to localize the electrical defect (Short circuit, open circuit, resistive open, etc.) on 3D electronic component and system. Assessment possibilities of these techniques are suggested in order to ensure the defect localization in these new components. In particular, implementations of magnetic analysis in tilted sample as well as introduction of phase and amplitude magnetic images have been realized. This work also proposes to couple information obtain from magnetic microscopy to X-rays Tomography where the all system would be driven by 3D magnetic simulation

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Shinde, Deodatta. "Utilisation de la sonde atomique tomographique laser pour les études spectroscopiques des matériaux pour l'énergie." Rouen, 2016. http://www.theses.fr/2016ROUES042.

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Abstract:

La sonde atomique tomographique assistée par laser (LaAPT) est une technique très performante pour la caractérisation structurale et chimique des matériaux à l’échelle atomique en trois dimensions. Considérées les dimensions nanométriques des échantillons analysés en La-APT, la La-APT est aussi un instrument de choix pour l’étude de l’interaction lumière-matière à l’échelle nanométrique. Le premier objectif de ce travail de thèse a été de montrer la possibilité d’utiliser la La-APT comme une techniques très versatile pour l’étude des propriétés structurales et optiques des matériaux, avec un regard particulier vers les matériaux pour les centrales à énergie solaire, comme les céramiques métalliques (CERMETS), et les matériaux pour l’émission de lumière, comme les puits quantiques InGaN/GaN. Les propriétés optiques d’absorption des nano-pointes de MgO et Fe2O3 avec des inclusions (nano-particules) d’or ont été étudiées en couplant les analyses de sonde atomique assistée par laser aux mesures de microscopie optique et électronique. De plus, le processus d’échauffement induit par l’absorption de l’énergie laser a été discuté. Dans le cas des puis quantiques de InGaN/GaN un nouvel approche a été introduit pour étudier la corrélation directe entre les propriétés structurales et d’émission de lumière en utilisant la LaAPT, la microscopie électronique à transmission (STEM) et la spectroscopie de micro-photoluminescence (µ-PL)
Laser assisted atom probe tomography (LaAPT) is a powerful technique for the structural and chemical analysis of materials at near atomic resolution and in 3-dimensions. Considering the nanoscale specimen and the use of ultra-fast laser pulses in the technique, this instrument can also be used to study light-matter interaction at the nanoscale. Hence the technique will not only give structural and chemical characterization at atomic scale of materials but also new insight on the optical and electrical properties at nano-scale. In this regard, the prime objective of this thesis is to study the feasibility of LaAPT as a versatile tool to investigate structural and optical properties of the nanoscale material with particular emphasis on materials for solar-energy plant, like METallic CERamics (CERMET), and for light emission, like InGaN/GaN quantum wells. The optical absorption properties of nanotips of Au-nanoparticles embedded in MgO and Fe2O3 matrix, have been studied coupling LaAPT analysis with optical and electron microscopy. Moreover, the heating process induced by the laser-energy absorption was also discussed. In the case of InGaN/GaN quantum wells, a novel correlative approach was introduced to study the direct correlation between structural and optical emission properties using LaAPT, Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) and micro-photoluminescence (µ-PL) spectroscopy

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Attia-Sebban, Judith. "Auto-assemblages de linoléate et d'argent pour la synthèse par radiolyse de nano-objets organique-métalliques." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066110.

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Abstract:

Ce travail porte sur la synthèse de nano-objets organique-métalliques à partir d’auto-assemblages de linoléate de sodium et d’argent, par radiolyse, en phase liquide. Nous étudions la structure des micelles globulaires, majoritaires avant ajout d’argent, par diffusion de neutrons et rayons x aux petits angles et simulations de dynamique moléculaire. Lors du mélange de la phase organique ainsi définie avec la solution de cations métalliques, nous montrons que, selon la composition, deux processus distincts ont lieu. D’une part, les ions argent remplacent les ions sodium sur les micelles et conservent la morphologie générale des auto-assemblages. D’autre part, la formation de colloïdes issus de l’hydroxyde d’argent induit une transition vers des structures hybrides. Nous étudions l’organisation et la composition de ces nouveaux auto-assemblages, fibres composées de chapelets, organisés en structure cubique face centrée. La topologie déduite par cryo-microscopie et diffusion des rayons x est présentée. Nous étudions enfin la réduction des cations métalliques via la radiolyse induite par rayons gamma sur ces deux systèmes. Dans le premier cas, on observe la synthèse de nano-coques d’argent creuses de petite taille (rayons (cœur, coquille) ~ (1. 0, 3. 0 nm)) et l’effet de moule est avancé pour expliquer ce résultat. Dans le second cas, il y a majoritairement formation de colloïdes d’argent, généralement accompagnée de la déstructuration des fibres. Nous comparons les effets du rayonnement x à la synthèse radiolytique par rayonnement gamma en suivant in situ la résonance plasmon des nano-objets formés, simultanément à la mesure de diffusion
This thesis deals with the synthesis of organic-metallic nano-objects from linoleate and silver self-assemblies in liquid phase. The globular micelles structure, as the major phase before adding silver, is studied with neutron and x-ray small-angle scattering and molecular dynamics simulations as well. Concerning the mixture of the organic phase with the metallic ions solution, we show that two different processes occur. On the one hand, the silver ions replace sodium ions around the globular micelles, keeping the overall morphology of the self-assemblies intact, and on the other hand, we highlight a transition towards colloids, due to silver hydroxide formation, assembled into the organic phase. We study how these new self-assemblies are organized as well as their composition. They exhibit shapes of fibers made out of strings of colloids organized into a face centered cubic structure. The topology is displayed through cryo-electron microscopy images and deduced from small-angle x-ray scattering data. We then study the reduction of metallic cations through gamma-ray-induced radiolysis over both systems. The first case leads to the synthesis of hollow silver nano-shells of small dimensions (core and shell of 1. 0 and 3. 0-nm-radii). The mold effect is likely to account for this result. In the second case, one mainly obtains silver colloids usually associated to the destruction of the fibers. Relying on the in situ study of plasmon resonance from the formed nano-objects, simultaneously to the scattering measures, we compare the impacts of x-rays with the radiolytic synthesis from gamma radiations

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Ruedas, Rémi. "Méthodologie pour l'obtention de structures par cryo-EM de complexes anticorps-antigènes appliquée aux deux protéines sHER2 et NS4." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASQ059.

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Abstract:

L'analyse en particules uniques (SPA) par microscopie électronique à transmission cryogénique (Cryo-EM) permet aujourd'hui l'analyse structurale à l'état natif d'une large gamme de protéines et de complexes macromoléculaires. Elle est particulièrement intéressante pour les complexes pour lesquels la prédiction de la structure reste difficile, tels que les complexes anticorps-antigènes. Nous couvrons dans ce manuscrit plusieurs points de validation aux étapes pré-microscope, in-microscope et post-microscope. Nous détaillons une large gamme d'analyses biophysiques permettant une description détaillée des propriétés biochimiques des échantillons en solution. À la suite de ces analyses, nous discutons de l'approche optimale de préparation et criblage de grilles de Cryo-EM. La dernière partie est consacrée au traitement des données avec des analyses exhaustives de l'effet du matériau de la grille sur l'échantillon. Nous exposons une application pratique des logiciels actuels pour faire face à l'hétérogénéité conformationnelle continue. Ces travaux ont permis l'obtention de la première carte expérimentale au-delà de 3 Angströms de résolution du complexe ternaire flexible "HTP" de 162 kDa entre le récepteur du facteur de croissance épidermique humain 2 (HER2) et les fragments de liaison à l'antigène (Fab) de deux anticorps thérapeutiques distincts, le pertuzumab et le trastuzumab. Notre carte mieux définie que les précédentes, à permis de mettre en lumière une interaction précédemment négligée qui pourrait expliquer l'effet synergique des anticorps. Le troisième chapitre reprend l'approche développé avec le complexe HTP en l'appliquant à la protéine non structurale de norovirus NS4. Cette partie apporte les premiers résultats exhaustifs des propriétés biochimique de la protéine NS4. Elle expose également les limitations de l'utilisation des anticorps monoclonaux comme outils d'analyse structurale. Enfin il est montré comment nous avons réussi à obtenir un catalogue diversifié de protéines artificielles "alpharep" ciblant NS4 ainsi que les premières applications possibles
Single particle analysis (SPA) from cryogenic transmission electron microscopy (Cryo-EM) nowadays allows structural analysis in the native state of a broad range of proteins and macromolecular complexes. It is particularly attractive for complexes for which structure prediction remains intractable, such as antibody-antigen complexes. In the second chapter of this manuscript, we cover several validation points at the pre-microscope, in-microscope and post-microscope stages for the studies of such complexes by cryo-EM. We detail a wide range of biophysical analyses allowing a detailed description of the biochemical properties of samples in solution. Following these analyses, we discuss the optimal approach for preparing and screening Cryo-EM grids. The last part is devoted to data processing, with exhaustive analyses of the effect of the grid material on the sample. We also present a practical application of current software to deal with continuous conformational heterogeneity. This part shows how we manage to obtain the first experimental map bellow 3 Angstroms resolution of the flexible ternary complex "HTP" between the human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) and the antigen-binding fragments (Fab) of two distinct therapeutic antibodies, pertuzumab and trastuzumab. Our map, which is better defined than previous ones, has brought to light a previously neglected interaction that could explain the synergistic effect of the antibodies.The third chapter takes up the approach developed with the HTP complex by applying it to the non-structural norovirus protein NS4. This section provides the first comprehensive results on the biochemical properties of the NS4 protein. It also outlines the limitations of using monoclonal antibodies as structural analysis tools. Finally, it shows how we have succeeded in obtaining a diversified catalogue of artificial proteins "alpharep" targeting NS4, as well as the first possible applications

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Phan, Minh-Son. "Contribution à l'estimation de la similarité dans un ensemble de projections tomographiques non-orientées." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAD041/document.

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Abstract:

La cryo-microscopie électronique est une technique tomographique permettant de reconstituer la structure 3D d’un objet complexe en biologie à partir d’un jeu d’acquisitions. Ces images de l’objet complexe sont appelées les projections et sont acquises sous orientations inconnues. Un des avantages de la cryo-microscopie électronique est l’obtention d’un modèle 3D de très haute résolution de l’objet dans un état naturel. La procédure de reconstruction comporte plusieurs étapes telles que l’alignement, la classification des projections, l’estimation de leurs orientations et le raffinement des projections. Lors de ces étapes, la distance entre deux projections est fréquemment mesurée. Le travail réalisé au cours de cette thèse s’organise autour de la recherche théorique d’une distance entre des projections non-orientées avec comme objectif l’amélioration de la procédure de reconstruction tomographique en cryo-microscopie électronique. La contribution de ce travail de thèse est une méthode permettant d’estimer la différence angulaire entre deux projections dans les cas 2D et 3D. Notre méthode est basée sur la construction d’un graphe de voisinage dont les sommets sont les projections, dont les arêtes relient des projections voisines et sont pondérées par une approximation locale de la différence angulaire. Le calcul de ces poids repose sur les propriétés des moments de projection. Notre méthode est testée sur des images simulées de différentes résolutions et de différents niveaux du bruit. La comparaison avec des autres méthodes d’estimation de la différence angulaire est aussi réalisée
Cryo-electron microscopy is a tomographic technique allowing to reconstruct a 3D model of complex structure in biology from a set of acquired images. These images are known as the tomographic projections and are taken at unknown directions. The advantage of the cryo-electron microscopy is the 3D reconstruction at very high resolution. The reconstruction procedure consists of many steps such as projection alignment, projection classification, orientation estimation and projection refinement. During these steps, the distance between two projections is frequently measured. The work in this thesis aims at studying the distances mesured between two unknown-direction projections with the objective of improving the reconstruction result in the cryo-electron microscopy. The contribution of this thesis is the developement of a method for estimating the angular difference between two projections in 2D and 3D. Our method is based on the construction of a neighborhood graph whose vertices are the projections, whose edges link the projection neighbors and are weighted by a local approximation of the angular difference. The calculation of the weights relies on the projection moment properties. The proposed method has been tested on simulated images with different resolutions and at different noise levels. The comparison with others estimation methods of angular difference has been realised

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Dissertations / Theses on the topic 'Cryo-microscopie électronique et tomographie'

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