Dissertations / Theses on the topic 'Protein LMs'

Chez Arabidopsis, l’enveloppe nucléaire constitue un site de nucléation des microtubules à partir des complexes à gamma-tubuline. Conservées des plantes à l'Homme, les protéines GIPs/MZT1 ont été initialement découvertes comme partenaires d’AtGCP3. J’ai consacré ma thèse à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle des AtGIPs et de leurs partenaires à l’interface nucléocytoplasmique. Mes résultats confirment l’appartenance des GIPs aux complexes à gamma-tubuline, et démontrent leur association entre elles et avec TSA1 (TonSoKu [TSK]-Associating protein 1) et l'histone centromérique CenH3. Les interactions génétiques entre les gènes GIPs, TSA1 et TSK révèlent des anomalies sévères à l'échelle de l'organisme, des cellules et des noyaux. Les mutants gip1gip2 démontrent une diminution de la cohésion des régions centromériques. L’ensemble de nos résultats suggère un rôle des AtGIPs dans un continuum nucléocytoplasmique inédit, la régulation de l'architecture nucléaire et du centromère
In Arabidopsis, the nuclear envelope is a nucleation center where gamma-tubulin complexes initiate the polymerization of microtubules. Conserved from plants to humans, GIPs/MZT1 proteins were initially discovered as AtGCP3 interacting partners. Our investigations were devoted to the molecular and functional characterization of AtGIPs and their associated proteins at the nucleocytoplasmic interface. We confirmed that AtGIPs are integral components of gamma-tubulin complexes, and showed that they interact with each other, TSA1 (TonSoKu [TSK]-Associating protein 1) and centromeric histone H3 (CenH3). Genetic interactions between GIPs, TSA1 and TSK reveal severe defects at the organism, cellular and nuclear scales. gip1gip2 mutants exhibit a decrease of centromeric and pericentromeric cohesion. Altogether, this is the first evidence for the role of a gamma–tubulin complex component in the structural maintenance of centromeric regions, and in defining nuclear morphology and architecture

La differenciation neuronale et les principales fonctions neuronales necessitent une forte stabilisation du cytosquelette microtubulaire. Les neurones contiennent une large proportion de microtubules qui resistent au froid et aux drogues depolymerisantes, et qui de plus possedent une dynamique fortement ralentie. L'origine de cette stabilisation n'est toujours pas clairement definie. Au cours de ce travail, nous avons etudie le role des proteines stop, une proteine regulee par la calmoduline, prealablement isolee a partir d'une population de microtubules stables au froid presente dans des cytosols de cerveaux de rats. Nous avons montre que dans les cellules neuronales, l'expression des proteines stop et des isoformes de proteines stop augmente au cours de la differenciation. Ces proteines sont associees a une large proportion de microtubules neuronaux et sont concentrees sur les microtubules stables au froid, resistants aux drogues et a longue duree de vie. L'inhibition des proteines stop abolit completement la stabilite au froid et aux drogues des microtubules presents dans les neurites preformes et empeche la formation de nouvelles extensions. Il apparait clairement que les proteines stop sont les principaux responsables du haut degre de stabilisation des microtubules observe dans les cellules neuronales et sont apparemment necessaires a la formation normale des extensions axodendritiques.

Cancer is the second disease leading cause of death in industrialized countries. Although early detection and more efficient drugs are responsible of the reduction of mortality, several cancers still present difficult treatments and low survival rates. Conventional drugs only exhibit moderate therapeutic index between cancer and normal tissues but recent advances are focused to improve lesstoxic treatments. Hence, new drugs must target specific signaling pathways involved in cell growth and proliferation. Concerning this aim, two mechanism involved in cancer disease, named apoptosis (or programmed cell death) and pentose phosphate pathway, have been selected in this work to search new inhibitors to target crucial proteins of both cell routes.

Overexpression of antiapoptotic genes has been correlated with tumor growth and resistance to
chemotherapy, thus many efforts have been done to block the activity of XIAP and Survivin, central proteins acting in apoptosis and studied in the present work. Moreover, the two most active proteins detected in both the oxidative and nonoxidative branches of the pentose phosphate pathway, Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase (G6PDH) and Transketolase (TKT), have been also selected in this thesis.

Molecular Modeling methods, covering topics in protein and peptide recognition, molecular dynamics, pharmacophore generation, database searching, docking and scoring in virtual screening and binding free energy prediction, have been applied with success to discover new active molecules inhibitors of XIAP, Survivin, G6PDH and TKT proteins.
TÍTULO: "Ruptura del reconocimiento proteína-proteína en rutas tumorales mediante modelización
molecular".

TEXTO:

El cáncer es el segunda causa de muerte por enfermedad en los paises industrializados. A pesar de la existencia de métodos eficaces de detección precoz y tratamientos cada vez más efectivos responsables de la reducción de mortalidad, algunos tipos de tumores presentan todavía tratamientos difíciles y bajos índices de supervivencia. Los fármacos convencionales sólo exhiben un índice terapéutico moderado, entre células sanas y tumorales, por ello los avances recientes se centran en encontrar tratamientos menos tóxicos para esta enfermedad. Así pues, los fármacos del futuro deberán incidir en rutas biológicas específicas, involucrando el crecimiento celular y la
proliferación descontrolada. Siguiendo este planteamiento, en este trabajo se han seleccionado dos mecanismos biológicos involucrados en el cáncer, llamados apoptosis (o muerte celular programada) y ruta de las pentosas fosfato, con el objetivo de encontrar nuevos inhibidores de las proteínas más sensibles de ambas rutas.
La sobreexpresión de genes antiapoptóticos se ha correlacionado con el crecimiento tumoral y la
resistencia a los tratamientos habituales. Así, se está trabajando en entender el funcionamiento de dos proteínas importantes de esta ruta, el XIAP y el Survivin, las cuales se han seleccionado en este trabajo, debido a que todavía no existen fármacos en el mercado que actúen sobre estas dos proteínas y debido a que su interés terapéutico se ha demostrado claramente.
Por otro lado, en este trabajo también se han estudiado las dos proteínas más activas detectadas en la rama oxidativa y no oxidativa de la ruta de las pentosas fosfato, la Glucosa-6-Fosfato Deshidrogenasa y la Transketolasa.
El objetivo principal ha consistido en aplicar métodos de la Modelización Molecular, que cubren
tópicos recientes, como el reconocimiento de péptidos y proteínas, la búsqueda en bases de datos, el anclaje y evaluación del cribado virtual de compuestos y la predicción de energías libres de unión, para encontrar nuevos inhibidores de las proteínas XIAP, Survivin, Glucosa-6-Fosfato Deshidrogenasa y Transketolasa.

Les microtubules constituent l’un des réseaux du cytosquelette des cellules eucaryotes. Ils jouent un rôle central dans de multiples fonctions comme la division cellulaire, les trafics intracellulaires et la morphogenèse cellulaire. Chez les plantes supérieures, les microtubules (MTs) forment différents réseaux qui s'assemblent au cours du cycle cellulaire. Cette spécificité nécessite un recrutement régulé des complexes de nucléation des MTs à l’enveloppe nucléaire, au cortex et au niveau de MTs préexistants, qui sont des sites de nucléation caractérisés. L'équipe d’A.C. Schmit (IBMP, CNRS, Strasbourg), dans laquelle j'ai effectué mon travail de thèse, se focalise sur la caractérisation des complexes de nucléation des MTs (γ-TuRCs) et la régulation de l'assemblage du fuseau mitotique chez les plantes. Deux nouvelles protéines associées au γ-TuRC ont été mises en évidence par une interaction directe avec l'un de ses composants AtGCP3. Ces protéines, AtGIP1 et AtGIP2 (GCP3 Interacting Protein 1 et 2), sont très conservées au cours de l'évolution, mais leur fonction reste totalement inconnue. Mon travail a été consacré à la caractérisation de cette nouvelle classe de protéines dans le but de comprendre leur rôle. Nos résultats suggèrent que l'association des protéines GIPs aux γ-TuRCs participe à la régulation de leur activité et à la formation d'un fuseau mitotique robuste. Le profil de localisation des protéines GIPs au cours du cycle cellulaire et les phénotypes observés chez les mutants "perte de fonction" gip1gip2 indiquent que ces protéines interviennent dans le recrutement des γ-TuRCs, la nucléation des MTs, l’assemblage du fuseau mitotique, le déroulement du cycle cellulaire et l'organisation des méristèmes. L’étude des mécanismes de régulation de cette famille de protéines a été initiée. Nos résultats ont permis d’identifier GIP1comme un substrat de la kinase Aurora1 in vitro. Les résultats d’expérience de complémentation avec des phosphomutants GIP1 indiquent que la/les fonction(s) des GIPs pourrai(en)t être dépendante(s) de la phosphorylation par la kinase Aurora1, qui est un régulateur avéré du cycle cellulaire. L’ensemble de mes travaux a ainsi contribué à la caractérisation de nouveaux acteurs du cytosquelette microtubulaire. Une meilleure connaissance de leur réseau d'interaction (interactome) ainsi que l’étude de leur homologue humain pourraient ouvrir de nouvelles perspectives de recherche dans le contrôle de la division cellulaire et la lutte contre le cancer
Microtubules (MTs) constitute one of the cytoskeletal networks in eukaryotic cells. They are involved in various processes such as cell division, intracellular transport and cell morphogenesis. In higher plants, MTs can be organized into dynamic structures, which undergo continual assembly and disassembly during the cell cycle. This specificity requires the recruitment of the nucleation complexes of the MTs to the nuclear envelope, to the cortex and to pre-existing MTs. The work of A. C. Schmit’s team (IBMP, CNRS, Strasbourg), in which I did my thesis, focuses on the characterization of MT nucleation complexes (γ-TuRCs) and the regulation of mitotic spindle assembly in plants. We have identified small proteins interacting with Gamma-tubulin Complex Protein 3 (GCP) and named GIP1 and GIP2 (GCP3-Interacting Proteins). The aim of these studies was to characterize this new class of proteins in order to understand their role. It shows that GIPs are conserved among eukaryotes and suggests that their association with the γ-TuRC participates in the regulation of their activity and the formation of a robust mitotic spindle. The localization of GIPs during the cell cycle and the phenotypes observed in T-DNA insertional gip1gip2 double mutants indicatethat GIPs are required for the recruitment of γ-TuRCs, MT nucleation, spindle assembly, cell cycle regulation and stem cell maintenance. Likewise, in vitro assays showed that GIP1 is a novel substrate for Aurora kinase1, which is a well known cell cycle regulator. The results of complementation experiments with GIP1 phosphomutants indicate that the phosphorylation of GIPs may be required for their function(s). Altogether, our results have contributed to the characterization of a new class of proteins involved in MT nucleation/organization and functions. The study of the interaction network (interactome) of GIPs and oftheir homologues could open new ways of research in the control of cell division and in the fight against cancer

The plant homeodomain (PHD) is a protein domain of ~45�100 residues characterised by a Cys4-His-Cys3 zinc-binding motif. When we commenced our study of the PHD in 2000, it was clear that the domain was commonly found in proteins involved in transcription. Sequence alignments indicate that while the cysteines, histidine and a few other key residues are strictly conserved, the rest of the domain varies greatly in terms of both amino acid composition and length. However, no structural information was available on the PHD and little was known about its function. We were therefore interested in determining the structure of a PHD in the hope that this might shed some light on its function and molecular mechanism of action. Our work began with the structure determination of a representative PHD, Mi2b-P2, and this work is presented in Chapter 3. Through comparison of this structure with the two other PHD structures that were determined during the course of our work, it became clear that PHDs adopt a well-defined globular fold with a superimposable core region. In addition, PHDs contain two loop regions (termed L1 and L3) that display increased flexibility and overlay less well between the three PHD structures available. These L1 and L3 regions correspond to variable regions identified earlier in PHD sequence alignments, indicating that L1 and L3 are probably not crucial for the PHD fold, but are instead likely to be responsible for imparting function(s) to the PHD. Indeed, numerous recent functional studies of PHDs from different proteins have since demonstrated their ability in binding a range of other proteins. In order to ascertain whether or not L1 and L3 were in fact dispensable for folding, we made extensive mutations (including both insertions and substitutions) in the loop regions of Mi2b-P2 and showed that the structure was maintained. We then went on to illustrate that a new function could be imparted to Mi2b-P2 by inserting a five-residue CtBP-binding motif into the L1 region and showed this chimera could fold and bind CtBP. Having established that the PHD could adopt a new binding function, we next sought to use combinatorial methods to introduce other novel functions into the PHD scaffold. Phage display was selected for this purpose, because it is a well-established technique and has been used successfully to engineer zinc-binding domains by other researchers. However, in order to establish this technique in our laboratory, we first chose a control system in which two partner proteins were already known to interact in vitro. We chose the protein complex formed between the transcriptional regulators LMO2 and ldb1 as a test case. We have examined this interaction in detail in our laboratory, and determined its three-dimensional structure. Furthermore, inappropriate formation of this complex is implicated in the onset of T-cell acute lymphoblastic leukemia. We therefore sought to use phage display to engineer ldb1 mimics that could potentially compete against wild-type ldb1 for LMO2, and this work is described in Chapter 4. Using a phage library containing ~3 x 10 7 variants of the LMO2-binding region of ldb1, we isolated mutants that were able to interact with LMO2 with higher affinity and specificity than wild-type ldb1. These ldb1 mutants represent a first step towards finding potential therapeutics for treating LMO-associated diseases. Having established phage display in our laboratory, we went on to search for PHD mutants that could bind selected target proteins. This work is described in Chapter 5. We created three PHD libraries with eight randomized residues in each of L1, L3 or in both loops of the PHD. These PHD libraries were then screened against four target proteins. After four rounds of selection, we were able to isolate a PHD mutant (dubbed L13-FH6) that could bind our test protein Fli-ets. This result demonstrates that a novel function can be imparted to the PHD using combinatorial methods and opens the way for further work in applying the PHD scaffold to other protein design work. In summary, the work detailed in Chapters 3 and 5 demonstrates that the PHD possesses many of the properties that are desirable for a protein scaffold for molecular recognition, including small size, stability, and a well-characterised structure. Moreover, the PHD motif possesses two loops (L1 and L3) of substantial size that can be remodeled for target binding. This may lead to an enhancement of binding affinities and specificities over other small scaffolds that have only one variable loop. In light of the fact that PHDs are mainly found in nuclear proteins, it is reasonable to expect that engineered PHDs could be expressed and function in an intracellular environment, unlike many other scaffolds that can only function in an oxidizing environment. Therefore, our results together with other currently available genomic and functional information indicate PHD is an excellent candidate for a scaffold that could be used to modify cellular processes. Appendices 1 and 2 describe completed bodies of work on unrelated projects that I have carried out during the course of my PhD candidature. The first comprises the invention and application of DNA sequences that contain all N-base sequences in the minimum possible length. This work is presented as a reprint of our recently published paper in Nucleic Acids Research. The second Appendix describes our structural analysis of an antifreeze protein from the shorthorn sculpin, a fish that lives in the Arctic and Antarctic oceans. This work is presented as a manuscript that is currently under review at the Journal of the American Chemical Society.

The plant homeodomain (PHD) is a protein domain of ~45�100 residues characterised by a Cys4-His-Cys3 zinc-binding motif. When we commenced our study of the PHD in 2000, it was clear that the domain was commonly found in proteins involved in transcription. Sequence alignments indicate that while the cysteines, histidine and a few other key residues are strictly conserved, the rest of the domain varies greatly in terms of both amino acid composition and length. However, no structural information was available on the PHD and little was known about its function. We were therefore interested in determining the structure of a PHD in the hope that this might shed some light on its function and molecular mechanism of action. Our work began with the structure determination of a representative PHD, Mi2b-P2, and this work is presented in Chapter 3. Through comparison of this structure with the two other PHD structures that were determined during the course of our work, it became clear that PHDs adopt a well-defined globular fold with a superimposable core region. In addition, PHDs contain two loop regions (termed L1 and L3) that display increased flexibility and overlay less well between the three PHD structures available. These L1 and L3 regions correspond to variable regions identified earlier in PHD sequence alignments, indicating that L1 and L3 are probably not crucial for the PHD fold, but are instead likely to be responsible for imparting function(s) to the PHD. Indeed, numerous recent functional studies of PHDs from different proteins have since demonstrated their ability in binding a range of other proteins. In order to ascertain whether or not L1 and L3 were in fact dispensable for folding, we made extensive mutations (including both insertions and substitutions) in the loop regions of Mi2b-P2 and showed that the structure was maintained. We then went on to illustrate that a new function could be imparted to Mi2b-P2 by inserting a five-residue CtBP-binding motif into the L1 region and showed this chimera could fold and bind CtBP. Having established that the PHD could adopt a new binding function, we next sought to use combinatorial methods to introduce other novel functions into the PHD scaffold. Phage display was selected for this purpose, because it is a well-established technique and has been used successfully to engineer zinc-binding domains by other researchers. However, in order to establish this technique in our laboratory, we first chose a control system in which two partner proteins were already known to interact in vitro. We chose the protein complex formed between the transcriptional regulators LMO2 and ldb1 as a test case. We have examined this interaction in detail in our laboratory, and determined its three-dimensional structure. Furthermore, inappropriate formation of this complex is implicated in the onset of T-cell acute lymphoblastic leukemia. We therefore sought to use phage display to engineer ldb1 mimics that could potentially compete against wild-type ldb1 for LMO2, and this work is described in Chapter 4. Using a phage library containing ~3 x 10 7 variants of the LMO2-binding region of ldb1, we isolated mutants that were able to interact with LMO2 with higher affinity and specificity than wild-type ldb1. These ldb1 mutants represent a first step towards finding potential therapeutics for treating LMO-associated diseases. Having established phage display in our laboratory, we went on to search for PHD mutants that could bind selected target proteins. This work is described in Chapter 5. We created three PHD libraries with eight randomized residues in each of L1, L3 or in both loops of the PHD. These PHD libraries were then screened against four target proteins. After four rounds of selection, we were able to isolate a PHD mutant (dubbed L13-FH6) that could bind our test protein Fli-ets. This result demonstrates that a novel function can be imparted to the PHD using combinatorial methods and opens the way for further work in applying the PHD scaffold to other protein design work. In summary, the work detailed in Chapters 3 and 5 demonstrates that the PHD possesses many of the properties that are desirable for a protein scaffold for molecular recognition, including small size, stability, and a well-characterised structure. Moreover, the PHD motif possesses two loops (L1 and L3) of substantial size that can be remodeled for target binding. This may lead to an enhancement of binding affinities and specificities over other small scaffolds that have only one variable loop. In light of the fact that PHDs are mainly found in nuclear proteins, it is reasonable to expect that engineered PHDs could be expressed and function in an intracellular environment, unlike many other scaffolds that can only function in an oxidizing environment. Therefore, our results together with other currently available genomic and functional information indicate PHD is an excellent candidate for a scaffold that could be used to modify cellular processes. Appendices 1 and 2 describe completed bodies of work on unrelated projects that I have carried out during the course of my PhD candidature. The first comprises the invention and application of DNA sequences that contain all N-base sequences in the minimum possible length. This work is presented as a reprint of our recently published paper in Nucleic Acids Research. The second Appendix describes our structural analysis of an antifreeze protein from the shorthorn sculpin, a fish that lives in the Arctic and Antarctic oceans. This work is presented as a manuscript that is currently under review at the Journal of the American Chemical Society.

Une distribution lipidique hétérogène est essentielle à l’identité et fonction des organelles, mais l’échange par trafic vésiculaire tend à annuler cette distribution. Il existe donc des mécanismes qui assurent l’homéostasie des lipides. Les protéines Osh (S. cerevisiae) et les OSBP-Related Proteins (ORP, H. sapiens), sont des transporteurs de lipides. Osh4 est capable d’échanger de l’ergostérol contre le phosphatidylinositol-4-phosphate (PI4P), présent sur l’appareil de Golgi. Utilisant des outils fluorescents mesurant avec une précision inégalée le transport de stérol et de PI4P, nous démontrons qu’Osh4 transporte du stérol contre son gradient de concentration en utilisant l’énergie d’un gradient de PI4P. Un couplage au métabolisme du PI4P permettrait à Osh4 d’alimenter le Golgi avec du stérol, ainsi créant le gradient de stérol entre ces organelles. La protéine OSBP participe, via sa capacité à connecter la membrane du RE à celle du trans-Golgi, à la création de jonctions entre ces organelles. Nous avons montré qu’OSBP, par échange stérol/PI4P, utilise le PI4P pour transférer du cholestérol au Golgi, mais également pour autoréguler sa capacité à former les jonctions. Osh6 lie la phosphatidylsérine, nous permettant d’étudier un nouveau mécanisme d’échange. Nous avons résolu la structure cristallographique d’un complexe Osh6/PI4P et avons pu observer l’échange de ces deux ligands par Osh6 entre deux membranes. Cette étude nous permet de suggérer que l’échange de PI4P avec divers lipides, via les protéines Osh/ORP, serait un mécanisme général permettant aux cellules de maintenir le gradient lipidique entre le RE et les membranes tardives de la voie sécrétoire
An uneven lipid distribution is essential for the function of eukaryotic organelles. However, exchange of material by vesicular trafficking has a tendency to perturb this distribution; mechanisms must though exist to ensure lipid homeostasis. Osh proteins (S. cerevisiae) and OSBP-Related Proteins (ORPs, H. sapiens), are lipid transfer proteins (LTPs). Osh4 is capable of exchanging ergosterol for phosphatidylinositol 4-phosphate (PI4P), found on the Golgi. Using novel fluorescent tools to measure with unprecedented precision the transport of sterol and PI4P, we find that Osh4 can transport sterol against its concentration gradient using the energy of a PI4P gradient. Coupled to phosphoinositide metabolism, this allows Osh4 to transport sterol to the trans-Golgi and create the sterol gradients observed between these organelles. OSBP participates in the creation of membrane contact sites (MCSs) via its capacity to connect ER membranes to those of the trans-Golgi. We have shown that it uses PI4P for transporting cholesterol from the ER to the trans-Golgi by sterol/PI4P counterexchange, hence also autoregulating its tethering activity. Finally, the identification of phosphatidylserine as a ligand for Osh6 allowed us to analyze the possible extrapolation of the PI4P counterexchange mechanism. We have solved the crystal structure of Osh6 in complex with PI4P and have been able to follow counterexchange of PI(4)P and PS in vitro. Concluding, our studies allow us to suggest a general mechanism for ORP/Osh-mediated counterexchange of PI4P for other lipids to maintain lipid gradients between the ER and late membranes of the secretory pathway

Le terme de sulfoprotéomique est utilisé pour désigner l’étude de la sulfatation des protéines. Bien que la sulfatation soit depuis peu considérée comme une MPT d’une importance majeure, il y a toujours peu de travaux scientifiques qui y sont consacrés en comparaison avec ce qui se fait sur la phosphorylation notamment. Ce retard s’explique notamment par la difficulté à analyser les espèces protéiques sulfatées dans les conditions classiques utilisées en protéomique, notamment par spectrométrie de masse. Ces travaux de thèse visent justement à développer des méthodes d’analyses par spectrométrie de masse dédiées à l’étude de la sulfatation des protéines, afin d’augmenter le champ des connaissances de cette MPT. Pour cela, nous avons largement utilisé le mode d’ionisation négatif, très peu, voire jamais utilisé en protéomique, avec deux techniques de fragmentation pour réaliser des spectres MS/MS, à savoir les fragmentations CID et HCD. Les résultats obtenus nous ont permis de mettre en évidence une méthode d’analyse permettant la formation d’ions spécifiques de la sulfatation et de la phosphorylation (qui sont isobariques), permettant ainsi une identification certaine de chacune des deux MPTs. Nous avons également entrepris d’étudier le rôle de la sulfatation d’un récepteur cellulaire, CXCR4, dans son interaction avec son ligand naturel, la chimiokine SDF-1/CXCL12. Cette étude a été menée par électrophorèse capillaire, et pourra constituer une base de travail solide pour des futures analyses mettant en œuvre le couplage entre l’électrophorèse capillaire et la spectrométrie de masse pour une meilleure caractérisation des complexes formés entre les partenaires protéiques
Sulfoproteomics term designs protein sulfation studies. It appears during the 2000’s, when the interest for others Post-Translational Modifications (PTMs) than phosphorylation and glycosylation was growing up. Even though sulfation is thought to be an important PTM, a weak number of publications has emerged about it, notably if we compare with the huge quantity of phosphorylation papers. This difference is mainly due to the difficulty to correctly analyze sulfated proteins and peptides in the classical ways of proteomics, as in mass spectrometry for example. The goal of this thesis is to develop mass spectrometry methods dedicated to the characterization of sulfated species, in order to improve the knowledge of this PTM. To do that, we have mainly used negative ion mode, which is almost never used, with two fragmentations techniques for the MS/MS spectra, which are CID and HCD. Results obtained allow us to pinpoint an analytical method allowing the differentiation between sulfation and phosphorylation (they are isobaric), based on the presence of specific ion for each PTM in MS/MS. In another part of the project, we have investigated the role of sulfation in the interaction between a cellular receptor, CXCR4, and its in vivo ligand, the chemokine SDF-1/CXCL12. We used capillary electrophoresis for this work, and it could be a good basis for future analyses using capillary electrophoresis coupled with mass spectrometry, in order to have a better characterization of the observed complexes

La primera part d'aquest treball s´ha centrat en la caracterització i optimització del procés d'activació de l´onconasa recombinant per tal d'obtenir l´enzim igual a la forma nativa. Per això, les reaccions d'eliminació de la Met-1 i la ciclació de la Glu1, necessàries per generar el piroglutamic han estat seguides per MALDI-TOF MS. La segona part d´aquest treball s´ha centrat en l´estudi de la contribució del pont disulfur 30-75 de l´onconasa a les seves propietats biològiques. Els resultats suggereixen que el potencial redox del citosol cel·lular podria reduir el pont disulfur 30-75 de l´onconasa salvatge afectant la unió onconasa -inhibidor proteic de ribonucleases. La tercera part ha consistit en la construcció de variants de l´HP-RNasa i onconasa amb activitat bactericida. Per això, s´ha introduït el determinant bactericida (YRWR) descrit per la proteïna catiònica d'eosinòfils en els dos enzims. Els resultats obtinguts han evidenciat que les dues ribonucleases amb el determinant bactericida presenten activitat citotòxica contra bacteris gram-negatius preferentment.
The first part of this work has been focused on the characterization and optimization of the activation process of the recombinant onconase to get an enzyme analogous to the native form. For this, Met-1 removal and Glu1 cyclization have been followed by MALDI-TOF MS. The second part of this work is focused on the study of the contribution of the 30-75 disulfide bond of onconase to its biological properties. The results suggest that the redox potential of the cytosol could reduce the disulfide bond 30-75 affecting the binding of onconase-ribonuclease inhibitor. The third part has been focused on the construction of HP-RNase and onconase variants endowed with bactericidal activity. For this, we have introduced a bactericidal (YRWR) determinant described for eosinophil cationic protein onto both enzymes. The resulting variants have bactericidal activity against gram-negative bacteria.

Les travaux decrits dans ce rapport concernent l'interaction de l'adenovirus humain de serotype 3 avec les cellules hela. Dans un premier temps, nous avons defini les caracteristiques de la liaison du virus ad3 avec les cellules hela a 37c et a 4c. Pour ces deux conditions de temperature, nous avons montre que le virus ad3 a la propriete de se lier avec deux affinites distinctes sur ses sites recepteurs. Nous avons demontre que les virus ad2 et ad3 (appartenant respectivement aux sous-groupes c et b) ne partagent pas les memes sites de liaison a la surface des cellules hela. La fibre est la proteine virale dont la fonction est de se lier au recepteur. Nous avons produit cette proteine dans le systeme de baculovirus. La fibre ad3 recombinante presente une morphologie et une structure correctes. L'activite fonctionnelle de la fibre a ete mise en evidence par l'efficacite de l'inhibition de la fixation du virus ad3, a la surface des cellules hela. Dans le but d'identifier le recepteur cellulaire de l'ad3 nous avons applique la technique du vopba en utilisant la fibre ad3 recombinante et le virus ad3. A partir des cellules hela, le virus et la fibre ad3 ont detecte une proteine membranaire de 130kda avec laquelle ils interagissent. Cette reconnaissance presente un caractere specifique. Des travaux similaires effectues sur des cellules a549, permissives a l'infection par le virus ad3, n'ont cependant pas permis de detecter cette proteine 130

Le mécanisme d’épissage dans les organites est décrit comme étant l’ancêtre du spliceosome nucléaire. Cependant même si les protéines composant ce dernier sont bien connues, seulement quelques facteurs d’épissage ont été identifiés et caractérisés dans les chloroplastes et les mitochondries. Beaucoup de protéines ayant la faculté de se lier à l’ARN ont acquis des fonctions dans l’épissage, en effet un certain nombre de protéines sans véritable lien ont un rôle essentiel, avec différents degrés de spécificité dans l’épissage de la plupart des introns chloroplastiques chez les plantes. La plus grande famille de protéines se liant à l’ARN est la famille des protéines à domaines « pentatricopetide repeat » (PPR). Ces protéines sont impliquées dans la plupart des processus post-transcriptionnels dans les organites. En 2006, parmi les centaines de protéines PPR décrites chez les plantes, seulement une PPR avait été décrite comme nécessaire à l’épissage d’un intron. Ainsi, PPR4 est absolument et spécifiquement nécessaire pour l’épissage en trans de l’intron 1 de rps12 dans les plastes (Schmitz-Linneweber et al., 2006), suggérant que d’autres protéines PPR pourraient être impliquées dans l’épissage des ARN des organites. Le sujet de cette thèse porte sur la caractérisation d’autres protéines PPR impliquées dans ce processus. En utilisant des approches de génétique inverse et des outils mis en place dans le cadre de la thèse afin de détecter des défauts d’épissage par PCR quantitative, sept nouvelles PPRs impliquées dans l’épissage d’un certain nombre d’introns dans les plastes et les mitochondries ont pu être caractérisées. Dans l’optique de rechercher si des protéines PPR, impliquées dans l’épissage mais aussi dans l’édition des ARN, interagissent avec d’autres protéines, des approches de TAP-TAG ont été réalisées et sont également présentées dans ce manuscrit. L’identification de partenaires protéiques pour 3 PPRs impliquées, nous a ainsi permis de redessiner nos modèles et d’émettre de nouvelles hypothèses. Enfin, une dernière partie est consacrée à la découverte d’isoformes d’épissage pour des gènes PPR sans introns. Phénomène qui permettrait de réguler l’expression des gènes PPR, et/ou d’augmenter la diversité des protéines PPR
The RNA splicing mechanism in organelles is described to be ancestral to that of the nuclear spliceosome. However, whereas this last complex is well known, only very few splicing factors have been identified and characterized in chloroplasts and mitochondria. Many RNA binding proteins have acquired roles in RNA splicing, and indeed a variety of often unrelated RNA binding proteins have essential functions in splicing of many plastid introns in plants, with varying degrees of specificity. The largest family of RNA binding proteins in plant organelles is the pentatricopeptide repeat (PPR) family. PPR proteins are involved in diverse post-transcriptional processes in organelles. In 2006, among hundreds of higher plant proteins of this family, only one was described as being required for a splicing event - PPR4 was shown to be absolutely and specifically required for the trans-splicing of the rps12 intron 1 in plastids (Schmitz-Linneweber et al., 2006). The main purpose of this PhD thesis was to characterize other PPR proteins involved in this process. By using a reverse genetics approach and by developing tools for the detection of splicing defects, seven new PPR proteins involved in RNA splicing of a subset of chloroplast or mitochondria introns have been characterized. In parallel, in order to characterize proteins involved in PPR-containing complexes, a TAP-TAG approach has been carried out on a few PPR proteins involved in splicing or editing of organellar RNA. The identification of partner proteins of 3 PPR proteins allows us to draw new mechanistic models and new hypotheses. Finally, the final part of the manuscript describes the discovery of splicing isoforms of PPR-encoding mRNAs. Alternative splicing may be involved in regulation of PPR gene expression and/or in increasing the diversity of the PPR protein family

The study of the 3D structural details of protein interactions is essential to understand biomolecular functions at the molecular level. In this context, the limited availability of experimental structures of protein-protein complexes at atomic resolution is propelling the development of computational docking methods that aim to complement the current structural coverage of protein interactions. One of these docking approaches is pyDock, which uses van der Waals, electrostatics, and desolvation energy to score docking poses generated by a variety of sampling methods, typically FTDock or ZDOCK. The method has shown a consistently good prediction performance in community-wide assessment experiments like CAPRI or CASP, and has provided biological insights and insightful interpretation of experiments by modeling many biomolecular interactions of biomedical and biotechnological interest. Here, we describe our approach using pyDock for the structural modeling of protein assemblies and the application of its modules to different biomolecular recognition phenomena, such as modeling of binding mode, interface, and hot-spot prediction, use of restraints based on experimental data, the inclusion of low-resolution structural data, binding affinity estimation, or modeling of homo- and hetero-oligomeric assemblies. The integration of template-based and ab initio docking approaches is emerging as the optimal strategy for modeling protein complexes and multi-molecular assemblies. We will review the new methodological advances on ab initio docking and integrative modeling. The seventh CAPRI edition imposed new challenges to the modeling of protein-protein complexes, such as multimeric oligomerization, protein-peptide, and protein-oligosaccharide interactions. Many of the proposed targets needed the efficient integration of rigid-body docking, template-based modeling, flexible optimization, multi-parametric scoring, and experimental restraints. This was especially relevant for the multi-molecular assemblies proposed in the CASP13-CAPRI46 joint rounds. We will present the results for the 7th CAPRI edition and CAPRI Round 46, the third joint CASP-CAPRI protein assembly prediction challenge. One of the known potential effects of disease-causing amino acid substitutions in proteins is to modulate protein-protein interactions (PPIs). To interpret such variants at the molecular level and to obtain useful information for prediction purposes, it is important to determine whether they are located at protein-protein interfaces, which are composed of two main regions, core and rim, with different evolutionary conservation and physicochemical properties. Here we have performed a structural, energetics and computational analysis of interactions between proteins hosting mutations related to diseases detected in newborn screening. Interface residues were classified as core or rim, showing that the core residues contribute the most to the binding free energy of the PPI. Disease-causing variants are more likely to occur at the interface core region rather than at the interface rim (p < 0.0001). In contrast, neutral variants are more often found at the interface rim or at the non-interacting surface rather than at the interface core region. We also found that arginine, tryptophan, and tyrosine are over-represented among mutated residues leading to disease. These results can enhance our understanding of disease at the molecular level and thus contribute towards personalized medicine by helping clinicians to provide adequate diagnosis and treatments. The phenotypic effects of non-synonymous genetic variations leading or predisposing to disease can be rationalized on the basis of the functional and structural impact in the mutated protein, including the perturbation of the interaction network and molecular pathways in which such protein is involved. Therefore, understanding these effects at the molecular level is essential to build accurate disease models and to achieve higher precision in diagnosis and therapeutic intervention. In this context, we can computationally characterize the effect of pathological mutations on specific protein-protein interactions ("edgetic"), based on their protein structure, if available, or on docking models. Protein-protein interactions that are clearly stabilized or destabilized by these mutations can be potential targets for therapeutic intervention. We have analyzed the predicted energetical effect of mutations on PPIs by applying a variety of computing methods to model the mutation and compute the change in binding affinity (FoldX, mCSM, pyDock combined to SCWRL3). We validate the predictive energetical impact through experimental mutations contained in SKEMPI 2.0 and apply these approaches in pathological and neutral single amino acid variants (SAVs) afterward (from ClinVar/Humsavar and gnomAD). Based on this, we have identified pathological mutations that clearly affect the analyzed interactions by stabilizing or destabilizing them. As discussed above, protein-protein interactions are important for biological processes and pathological situations and are attractive targets for drug discovery. However, rational drug design targeting protein-protein interactions is still highly challenging. Hot-spot residues are seen as the best option to target such interactions, but their identification requires detailed structural and energetic characterization, which is only available for a tiny fraction of protein interactions. This thesis covers a variety of computational methods that have been reported for the energetic analysis of protein-protein interfaces in search of hot-spots, and the structural modeling of protein-protein complexes by docking. This can help to rationalize the discovery of small-molecule inhibitors of protein-protein interfaces of therapeutic interest. Computational analysis and docking can help to locate the interface, molecular dynamics can be used to find suitable cavities, and hot-spot predictions can focus the search for inhibitors of protein-protein interactions. A major difficulty for applying rational drug design methods to protein-protein interactions is that in the majority of cases the complex structure is not available. Fortunately, computational docking can complement experimental data. An interesting aspect to explore in the future is the integration of these strategies for targeting PPIs with large-scale mutational analysis.
El estudio de los detalles estructurales en 3D de las interacciones de proteínas es esencial para comprender las funciones biomoleculares a nivel molecular. En este contexto, la disponibilidad limitada de estructuras experimentales de complejos proteína-proteína en resolución atómica está impulsando el desarrollo de métodos de acoplamiento computacional que apuntan a complementar la cobertura estructural actual de interacciones de proteínas. Uno de estos enfoques de acoplamiento es pyDock, que utiliza van der Waals, electrostática y energía de desolvatación para puntuar las poses de acoplamiento generadas por una variedad de métodos de muestreo, generalmente FTDock o ZDOCK. El método ha demostrado un rendimiento de predicción consistentemente bueno en experimentos de evaluación de toda la comunidad como CAPRI o CASP, y ha proporcionado conocimientos biológicos e interpretación profunda de experimentos al modelar muchas interacciones biomoleculares de interés biomédico y biotecnológico. Aquí, describimos nuestro enfoque utilizando pyDock para el modelado estructural de ensamblajes de proteínas y la aplicación de sus módulos a diferentes fenómenos de reconocimiento biomolecular, como el modelado del modo de unión, la interfície y la predicción de puntos calientes, el uso de restricciones basadas en datos experimentales, la inclusión de datos estructurales de baja resolución, estimación de afinidad de unión o modelado de ensamblajes homo- y hetero- oligoméricos. La integración de enfoques de acoplamiento ab initio y basados en plantillas está emergiendo como la estrategia óptima para modelar complejos de proteínas y ensamblajes multimoleculares. Revisaremos los nuevos avances metodológicos sobre el acoplamiento ab initio y el modelado integrativo. La séptima edición de CAPRI impuso nuevos desafíos al modelado de complejos proteína-proteína, como la oligomerización multimérica, las interacciones proteína-péptido y proteína-oligosacárido. Muchos de los objetivos propuestos necesitaban la integración eficiente de acoplamiento de cuerpo rígido, modelado basado en plantillas, optimización flexible, puntuación multiparamétrica y restricciones experimentales. Esto fue especialmente relevante para los conjuntos multimoleculares propuestos en las rondas conjuntas CASP13-CAPRI46. Presentaremos los resultados para la séptima edición de CAPRI y la Ronda 46 de CAPRI, el tercer desafío de predicción del ensamblaje de proteínas CASP-CAPRI conjunto. Uno de los efectos potenciales conocidos de las sustituciones de aminoácidos que causan enfermedades en las proteínas es modular las interacciones proteína-proteína (PPI). Para interpretar tales variantes a nivel molecular y obtener información útil con fines de predicción, es importante determinar si están ubicadas en interfaces proteína-proteína, que se componen de dos regiones principales, núcleo y borde, con diferente conservación evolutiva y diferentes propiedades fisicoquímicas. En la tesis, hemos realizado un análisis estructural, energético y computacional de interacciones entre proteínas que albergan mutaciones relacionadas con enfermedades detectadas en el cribado neonatal. Los residuos de interfície se clasificaron como núcleo o borde, lo que demuestra que los residuos del núcleo son los que más contribuyen a la energía libre de unión del PPI. Es más probable que las variantes que causan enfermedades se produzcan en la región del núcleo de la interfície que en el borde de la interfície de la proteína (p <0,0001). Por el contrario, las variantes neutrales se encuentran más a menudo en el borde de la interfície o en la superficie que no interactúa en lugar de en la región del núcleo de la interfície. También encontramos que la arginina, el triptófano y la tirosina están sobrerrepresentados entre los residuos mutados que conducen a la enfermedad. Estos resultados pueden mejorar nuestra comprensión de las enfermedades a nivel molecular y, por lo tanto, contribuir a la medicina personalizada al ayudar a los médicos a proporcionar diagnósticos y tratamientos adecuados. Los efectos fenotípicos de variaciones genéticas no-sinónimas que conducen o predisponen a la enfermedad pueden racionalizarse sobre la base del impacto funcional y estructural en la proteína mutada, incluida la perturbación de la red de interacción y las vías moleculares en las que participa dicha proteína. Por lo tanto, comprender estos efectos a nivel molecular es esencial para construir modelos de enfermedad precisos y lograr una mayor precisión en el diagnóstico y la intervención terapéutica. En este contexto, podemos caracterizar computacionalmente el efecto de mutaciones patológicas en interacciones proteína-proteína específicas ("edgetic"), en base a su estructura proteica, si está disponible, o en modelos de acoplamiento. Las interacciones proteína-proteína que están claramente estabilizadas o desestabilizadas por estas mutaciones pueden ser objetivos potenciales para la intervención terapéutica. Hemos analizado el efecto energético predicho de las mutaciones en los PPI aplicando una variedad de métodos informáticos para modelar la mutación y calcular el cambio en la afinidad de unión (FoldX, mCSM, pyDock combinados con SCWRL3). Validamos el impacto energético predictivo a través de mutaciones experimentales contenidas en SKEMPI 2.0 y aplicamos estos enfoques en variantes patológicas y neutrales de un solo aminoácido (SAV en inglés) posteriormente (de ClinVar / Humsavar y gnomAD). En base a esto, hemos identificado mutaciones patológicas que inciden claramente en las interacciones analizadas estabilizándolas o desestabilizándolas. Como se ha discutido, las interacciones proteína-proteína son importantes para procesos biológicos y situaciones patológicas y son objetivos atractivos para el descubrimiento de fármacos. Sin embargo, el diseño racional de fármacos dirigidos a las interacciones proteína-proteína sigue siendo un gran desafío. Los residuos de puntos calientes se consideran la mejor opción para apuntar a tales interacciones, pero su identificación requiere una caracterización estructural y energética detallada, que solo está disponible para una pequeña fracción de interacciones de proteínas. Esta tesis doctoral cubre una variedad de métodos computacionales que han sido reportados para el análisis energético de interfícies proteína-proteína en la búsqueda de puntos calientes y el modelado estructural de complejos proteína-proteína por acoplamiento. Esto puede ayudar a racionalizar el descubrimiento de inhibidores de moléculas pequeñas de interfícies proteína-proteína de interés terapéutico. El análisis computacional y el acoplamiento pueden ayudar a localizar la interfície, la dinámica molecular se puede utilizar para encontrar cavidades adecuadas y las predicciones de puntos calientes pueden enfocar la búsqueda de inhibidores de interacciones proteína-proteína. Una dificultad importante para aplicar métodos racionales de diseño de fármacos a las interacciones proteína-proteína es que en la mayoría de los casos no se dispone de la estructura compleja. Afortunadamente, el acoplamiento computacional puede complementar los datos experimentales. Un aspecto interesante para explorar en el futuro es la integración de estas estrategias para apuntar a las interacciones proteína-proteína con análisis mutacionales a gran escala.

Plant growth and productivity are compromised by environmental stresses such as pathogens, extreme temperatures, drought and high salinity. Being sessile organisms, plants had to develop different physiologic and biochemical strategies to cope with these potential harmful situations. Drought in particular is one of the major environmental stresses that plants are forced to endure during their life cycle. The adaptation to water deficit is controlled by a cascade of molecular networks that start with the perception of water shortage which leads to increases in the ABA levels. Even though the ABA signalling model is well described for Arabidopsis, little is known for other plant species. With this thesis we proposed to increase the knowledge of maize response to drought, focusing on a maize kinase of the SnRK2 family ‐ ZmSnRK2.8/ZmOST1 ‐ which is highly homologous to the Arabidopsis OST1. We divided our work on three chapters, namely the biochemical characterization of ZmOST1, the functional characterization of ZmOST1 and the study of ZmOST1 regulation. 1) ZmOST1 biochemical characterization With Chapter 1 we characterized ZmOST1 at the biochemical level, making parallels with the Arabidopsis system whenever pertinent. We found a very close biochemical relationship between the maize and Arabidopsis kinases that suggests a conserved mechanism of plant responses to ABA and drought stress and point to the potential use of this kinase in improvement programs of drought tolerance in crops. 2) ZmOST1 functional characterization With Chapter 2 we described ZmOST1 as a functional kinase that is activated by different osmotic stresses and that is able to complement the Arabidopsis ost1‐2 mutant with effects on stomata closure. We also present a transcription factor of the NAC superfamily (ZmSNAC1) as a novel cognate substrate of ZmOST1. Under abiotic stresses ZmOST1 is capable of phosphorylating this transcription factor with further implications on stomata regulation. 3) ZmOST1 regulation With the results presented in Chapter 3 a larger picture of ABA signalling appears that implicates new partners on ZmOST1 regulation, specifically the CK2 kinase and the proteasome degradation. Ample evidence is shown suggesting CK2 phosphorylation is implicated in ABA signalling by affecting ZmOST1 localization, protein levels, protein degradation and interaction with PP2C phosphatases. At the plant level, overexpressing ZmOST1 mutagenized on the CK2 loci of phosphorylation grants several potential beneficial traits that could prove important for crop biotechnology, such as higher protein levels, better protein stability, enhanced phosphorylation activity and better stomata regulation. Working model: Taken the results presented in this thesis together, we propose a change in the current ABA signalling model. First we believe that there is an important role for CK2 in ABA sensing and SnRK2 activation that could affect the binding of the kinase to the PP2C phosphatises and regulate SnRK2 through degradation. Second, we propose that, apart from the always off and transiently fast on/off modes of SnRK2 activity, there is a third always on mechanism in which the kinase is fully detached from the phosphatase.
La sequía es actualmente el factor abiótico más limitante para el crecimiento de las plantas y se está agravando con los actuales cambios climáticos, aumento de población y reducción de las reservas de agua. Se estima que en el 2050 el 50% de las tierras cultivadas tengan problemas de salinidad o sequía. Por ello, la intensificación de la agricultura y el desarrollo de la mejora biotecnológica de adaptación al estrés son áreas que tienen que reforzarse. En esta tesis se pretende ampliar los conocimientos sobre la respuesta del maíz a la sequía haciendo un estudio profundizado de una quinasa de tipo SnRK2, designada ZmOST1 que está implicada en la respuesta de las plantas al déficit hídrico. - Capítulo 1: Caracterización bioquímica de la quinasa de maíz ZmOST1 en que se establece que ZmOST1 se localiza en el núcleo y citoplasma, se activa por ABA, es capaz de autofosforilar su centro activo y directamente interacciona con una fosfatasa ZmPP2C a través de su dominio regulador. - Capítulo 2: Caracterización fisiológica de ZmOST1. Se determinan los niveles de expresión y de actividad de la quinasa en diferentes tratamientos y estadios de desarrollo; se establece que ZmOST1 es capaz de recuperar el fenotipo de cierre estomático en mutantes OST1 de Arabidopsis; y se identifica un factor de transcripción que se caracteriza como un nuevo substrato de esta quinasa. - Capítulo 3: Se describe una nueva ruta de regulación de ZmOST1 en que esta quinasa es fosforilada por la CK2 (casein kinase 2) en el dominio regulador. Mutagenizando los residuos diana de la CK2 en la ZmOST1 lleva a una mayor acumulación, una menor degradación por el proteasoma y una hipersensibilidad a ABA.

Nous avons identifié dans les liquides kystiques des gliomes, un facteur de 17 KDA porteur d'une activité de type anti-tyrosine kinase. Ce facteur est présent dans le cerveau normal ainsi que dans les tissus tumoraux. Il pourrait réaliser un élément modulateur de la prolifération cellulaire des cellules sensibles a l'EGF, tumorales ou non, en particulier des cellules souches neuro-ectodermiques. Une hyperexpression de la protéine p53 est observée dans 45% des astrocytomes. La présence de cellules hyperexprimant une protéine p53 de conformation mutée est étroitement liée à la progression tumorale. Une hyperexpression de la p53 sauvage est observée dans les tumeurs de bon pronostic telles que les DNE et les gangliogliomes. Par contre, dans les tissus épileptogènes non tumoraux, une hyperexpression de la protéine p53 de conformation mutée est observée, qui pourrait jouer un rôle dans la régulation du phénomène excitotoxique. Du fait des dangers inhérents aux vecteurs viraux, nous avons testé l'efficacité d'une transfection intra-tumorale utilisant un vecteur synthétique en association avec le gène suicide de la thymidine kinase herpétique. Après une transfection répétée, 70% de régressions complètes sont observées et 30% de nécrose étendue. Du fait de la limitation des applications de la transfection locale pour les gliomes humains, une transfection intra-carotidienne a été réalisée. Un ciblage limité au néoendiothélium est obtenu, mais qui suffit à induire un effet thérapeutique significatif, probablement en rapport avec l'importance de la néoangiogenèse dans le phénomène tumoral.

Chemistry
Ph.D.
This dissertation details the design and implementation of a state-of-the-art ambient trace analysis technique known as laser electrospray mass spectrometry. This novel technique utilizes an intense, nonresonant femtosecond laser pulse to transfer nonvolatile, fragile molecules into the gas phase from various substrates. The vaporized analyte is subsequently captured, solvated and ionized in an electrospray plume enabling mass analysis. Laser electrospray mass spectrometry is capable of analyzing samples in the liquid or solid states, mass spectral imaging of adsorbed molecules and detecting low vapor pressure analytes remotely. Experiments with biomolecules and pharmaceuticals, such as vitamin B12 and oxycodone, have demonstrated that the nonresonant femtosecond laser pulse allows for coupling into and vaporization of all molecules. This implies that sample preparation (elution, mixing with matrix and choosing samples with a particular electronic or vibrational transition) is not necessary, thus creating a universal mass analysis technique. Investigations using low vapor pressure molecules, such as lipids and proteins, led to the discovery that unfragmented molecules are transferred into the gas phase via a nonthermal mechanism. The laser electrospray mass spectrometry technique has allowed for the nonresonant femtosecond laser vaporization and mass analysis of trace amounts of a nitro-based explosive from a metal surface. The vaporization of unfragmented explosive molecules from a surface facilitates the identification of the explosive, reducing the probability of false positives and false negatives. In addition, this "soft" vaporization of molecules using nonresonant femtosecond laser pulses allows for protein to be transferred from the condensed phase into the gas phase without altering the molecule's structure, enabling ex vivo conformational analysis and possible disease typing.
Temple University--Theses

Les gels de protéine nanocomposites sont un sujet encore peu développé dans la littérature malgré de nombreuses applications allant de l’immobilisation d’enzyme aux prothèses en passant par les gels alimentaires. La protéine permet d’assurer la biocompatibilité des gels tandis que l’ajout des nanoparticules a pour but de moduler les propriétés mécaniques des gels. Nous avons donc décidé de nous intéresser aux gels d’hémoglobine réticulée chimiquement et dopés aux nanoparticules. L’hémoglobine (Hb) a été choisie pour sa grande abondance et ses propriétés de fixation du dioxygène. Les gels seront obtenus par réticulation par le glutaraldéhyde (GTA), un dialdéhyde très réactif. Les gels seront dopés par des nanoparticules de silice (NP) afin de comprendre déjà l’effet sur le gel du dopage par des nanoparticules modèles. La première partie de la thèse portera sur l’adsorption de l’hémoglobine sur les nanoparticules de silice afin de lever les dernières inconnues sur ce phénomène déjà étudié. Il sera mesuré les isothermes d’adsorption ainsi que l’activité de l’hémoglobine adsorbée. Les structures de l’hème, de la globine et de l’assemblage Hb/NP seront étudiées avec détails. Par la suite, les études se porteront sur les gels sans et avec nanoparticules afin d’élucider les effets de la gélification et du dopage respectivement. On déterminera les concentrations en Hb, GTA et NP permettant d’obtenir un gel. Puis, comme pour les assemblages Hb/NP, nous nous intéresserons à l’activité et à la structure de Hb (hème et globine). La structuration du gel sera de plus étudiée. Des études sur les propriétés élastiques des gels seront aussi menées et nous finirons sur la dynamique de la protéine gélifiée. Quand il sera possible, l’effet des concentrations des différents composants sera déterminé. Pour toutes ces études, il a été utilisé un vaste panel de techniques de caractérisation classique des protéines ou des gels. Beaucoup d’expériences ont été effectuées sur grands instruments (diffusion de rayonnement, spectroscopie d’adsorption X, dichroïsme circulaire). Des techniques plus accessibles comme la résonance paramagnétique électronique, la rhéologie ou la microscopie électronique ont aussi été employées. Les aspects les plus novateurs de cette thèse ont été l’effet de l’adsorption sur l’hème et la compréhension de la structure de la protéine gélifiée, deux aspects qui n’avaient pas été traités
Nanocomposite protein gels are still an underdeveloped subject in the literature despite many applications ranging from enzyme immobilization to prostheses to food gels. The protein ensures the gel biocompatibility while the addition of the nanoparticles will modulate the gel mechanical properties. We decided to focus on chemically cross-linked hemoglobin gels doped with nanoparticles. Hemoglobin (Hb) was chosen for its high abundance and its oxygen binding properties. The gels will be obtained by crosslinking with glutaraldehyde (GTA), a very reactive dialdehyde. The gels will be doped with silica nanoparticles (NP) in order to understand the effect of doping with model nanoparticles on the gel. The first part of the work will focus on the hemoglobin adsorption on silica nanoparticles in order to resolve the remaining unknowns on this phenomenon, which has already been studied. The adsorption isotherms as well as the activity of the adsorbed hemoglobin will be measured. The structures of the heme, globin and the Hb/NP assembly will be studied in details. Subsequently, works will focus on gels without and with nanoparticles in order to respectively elucidate the effects of gelation and doping. We will determine the concentrations of Hb, GTA and NP to obtain a gel. Then, as with the Hb/NP assemblies, we will look at the activity and structure of Hb (heme and globin).The structuring of the gel will also be studied. Works on the gel elastic properties will also be carried out and we will finish on the dynamics of the gelled protein. When possible, the concentration effect for the different components will be determined. For all these studies, a large panel of conventional technics to characterize proteins or gels was used. Many experiments have been performed in synchrotrons and neutron research centers (radiation scattering, X-ray absorption spectroscopy, circular dichroism). Electronic paramagnetic resonance, rheology or electron microscopy, which are more accessible technics have also been employed. The most innovative aspects of this work were the effect of adsorption on heme and the understanding of the gelled protein structure, two aspects that had not been addressed until now

Many researchers have investigated ways to improve the separation power of conventional chromatography, most notable is the development of ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC). However, only slight improvements in separation efficiency have been achieved up to this point, and unfortunately, modern reversed phase liquid chromatography (RPLC) methods do not have high enough resolving power to analyze complex proteomic mixtures.Uniformly sized silica particles from 10 nm to 1 micron are known to self-assemble into a highly ordered face centered cubic crystal. Silica colloidal crystals have shown recent promise in biological applications such as permselective nanoporous membranes, DNA sieving, reversed phase separation of small molecules on planar substrates, protein sieving, microarrays, total internal reflection fluorescence microscopy of live cells, and 3-D scaffolds for supported lipid films. In this work, silica colloidal crystals packed in capillaries are explored for their potential improvement in the efficiency of reversed phase chromatography.The silica colloidal crystal columns were chemically stabilized by with trichlorosilanes. The trichlorosilanes form chemical bonds between the particles and the particles and the substrate creating an increase in mechanical stability, and at the same time, providing an excellent chromatographic monolayer. After stabilization the fritless columns were able to withstand the pressure limit of the commercial UHPLC. Next, the columns were characterized using a small dye molecule, 1,1' - Didodecyl - 3,3,3',3' - tetramethylindocarbocyanine (DiIC12). The dye was run under capillary electrochromatography (CEC), and sub-micron plate heights were achieved. Further, a van Deemter plot of the dye molecule indicates that the plate height is largely due to the molecule's diffusion. This result suggests that the plate heights for proteins would be even smaller, since proteins have diffusion coefficients an order of magnitude smaller. The analysis of proteins by CEC yielded nanometer plate heights. Finally, pressure driven flow separations coupled with nano-electrospray ionization (n-ESI) MS have also been explored. The Poiseuille flow profile has been shown not to perturb the low plate heights. Gradient elution of peptides was also achieved, and the results demonstrate the highest chromatographic peak capacities for short analysis times to date.

The production of adult blood initiates from the haematopoietic stem cell (HSC). This clinically important cell has the capacity to maintain all blood lineages throughout the lifetime of an organism. HSCs emerge de novo from the haemogenic endothelium in the ventral wall of the embryonic dorsal aorta, from where they go on to seed adult sites of haematopoiesis. We have shown that Lmo4a is required for the emergence of HSCs in the zebrafish, and go on to demonstrate that Lmo4a regulates expression of the critical transcription factor, gata2a. Strikingly, both over- and under-expression of gata2a in the dorsal aorta severely diminishes HSC production. The LIM-only domain protein Lmo4 has previously been shown to interact with the known haematopoietic regulator, Ldb1. Together with our collaborators, we have identified novel binding partners of Lmo4 in mouse erythroleukaemic cells. Our functional analysis shows that many of these partners are also necessary for HSC emergence, thus revealing several new potential regulators of HSC formation. Given that these proteins were identified in an in vitro model of definitive erythropoiesis, it is remarkable that they also appear to act together in vivo at the level of HSC formation, and our data suggests that a transcriptional complex containing Lmo4 and these partners may directly repress gata2a. The related protein Lmo2 is also known to bind Ldb1. Together with Scl, Lmo2 is a master regulator of the haemangioblast programme. We have been utilising this activity, together with recent structural studies, to identify functionally important residues in the Lmo2 molecule. As a cell’s transcriptional programme drives both normal and pathological development, and misexpression of both Lmo2 and Lmo4 is involved in a variety of oncogenic states, the work presented in this thesis is likely to inform efforts to develop therapeutically relevant reagents.

La lumière est essentielle pour les organismes photosynthétiques qui convertissent l'énergie solaire en énergie chimique. Cependant, la lumière devient dangereuse lorsque l'énergie qui arrive aux centres réactionnels de l'appareil photosynthétique, est en excès par rapport à l’énergie consommée. Dans ce cas, la chaîne de transport d'électrons photosynthétiques se réduit et les espèces réactives de l'oxygène (ROS) sont accumulées, notamment au niveau des deux photosystèmes, PSI et PSII. Les cyanobactéries ont développé des mécanismes photoprotecteurs qui diminuent l'énergie transférée au PSII atténuant ainsi l'accumulation de ROS et les dommages cellulaires, comme l’extinction non-photochimique (NPQcya) induite par la lumière bleue-verte. La soluble Orange Caroténoïde Protéine (OCPo) est essentielle pour ce mécanisme de photoprotection. L'OCP agit comme un senseur de l’intensité lumineuse et un inducteur de la dissipation d'énergie des phycobilisomes (PBS), l'antenne extra-membranaire des cyanobactéries. L'OCP est la première protéine photo-active à caroténoïde connue comme senseur. Une forte lumière bleue-verte déclenche des changements structurels dans l'OCPo qui induisent une forme active, rouge (OCPr). Le domaine N-terminal de l’OCPr, en s’intercalant entre les trimères externes d’un des cylindres basaux du cœur du PBS, augmente la dissipation thermique de l'énergie au niveau de l'antenne. L'OCP possède aussi une autre fonction : l’extinction de l’oxygène singulet, qui protège les cellules du stress oxydatif. Pour récupérer pleinement la capacité de l’antenne en faible lumière, une deuxième protéine est nécessaire, la "Fluorescence Recovery Protein" (FRP), dont le rôle est de détacher l’OCPr des PBS et d’accélérer sa reconversion en OCPo inactive. Ce manuscrit est un état des lieux des connaissances et des dernières avancées sur le mécanisme de NPQ associé à l'OCP dans les cyanobactéries
Photosynthetic organisms use light energy from the sun in order to perform photosynthesis and to convert solar energy into chemical energy. Absorbance of excess light energy beyond what can be consumed in photosynthesis is dangerous for these organisms. Reactive oxygen species (ROS) are formed at the reaction centers and collecting light antennas inducing photooxidative damage which can lead to cell death. In cyanobacteria, one of these photoprotective mechanisms consists to reduce the amount of energy arriving to the reaction centers by thermal dissipation of the excess absorbed energy. Energy dissipation is accompanied by a decrease of Photosystem II-related fluorescence emission called non-photochemical quenching (NPQ). The soluble Orange Carotenoid Protein (OCPo) is essential for this photoprotective mechanism. The OCP is the first photo-active protein with a carotenoid known as light intensity sensor and acts as energy quencher of the phycobilisome (PB), the extra-membrane antenna of cyanobacteria. Structural changes occur when the OCPo absorbs a strong blue-green light leading to a red active form (OCPr). The N-terminal domain of OCPr burrows into the two external trimers of the core basal APC cylinders of the PB and increases thermal energy dissipation at the level of antenna. The OCP has an additional function in photoprotection as oxygen singlet quencher protecting cells from oxidative stress. Under low light conditions, to recover the full antenna capacity, a second protein is needed, the "Fluorescence Recovery Protein" (FRP), whose role is to detach the OCPr from the PB and accelerate its conversion into an inactive OCPo. In this manuscript, I will review the knowledge about the OCP, since the discovery of the mechanism and its characterization to the latest advances on the OCP-related-NPQ mechanism in cyanobacteria

L’étude des transitions structurales dans les protéines est d’un intérêt crucial car ces transformations sont impliquées dans de nombreux processus biologiques essentiels. De tels phénomènes structuraux peuvent être à l’origine de propriétés remarquables dans les protéines flexibles ou désordonnées, propriétés difficilement accessibles par les techniques structurales usuelles. Le marquage de spin couplé à la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE) est une technique bien adaptée pour l’étude de ces transitions structurales. L’insertion d’un radical nitroxyde sur une cystéine, naturelle ou introduite par mutagenèse dirigée, située à un endroit clé de la protéine permet d’obtenir des informations locales sur les changements structuraux éventuels provoqués par l’ajout d’un partenaire.Cette technique a été appliquée à deux systèmes biologiques comportant un degré de flexibilité différent. La flexibilité de la protéine chaperon NarJ, intervenant dans la biogenèse du complexe Nitrate Réductase de la bactérie Escherichia coli, a été étudiée en présence de son peptide partenaire. Ces études ont permis d’une part de déterminer le site d’interaction et d’autre part, de montrer que l’association des deux partenaires entraîne un verrouillage dans une conformation préférentielle de NarJ. Le deuxième sujet d’étude est la protéine CP12 de Chlamydomonas reinhardtii, intervenant dans la régulation d’un complexe supramoléculaire du cycle de Calvin. La CP12 s’apparente à une protéine intrinsèquement désordonnée, ayant la particularité de posséder des cystéines naturelles et fonctionnelles. Le marquage classique a permis de mettre en évidence un nouveau rôle de son partenaire et de montrer que la CP12 garde un caractère désordonné dans le complexe. Par ailleurs, cette protéine a servi de système d’étude pour développer une nouvelle stratégie de marquage sur Tyrosine et démontrer sa faisabilité
The study of structural transitions in proteins is of crucial interest because these transformations are involved in many biological processes. Such structural phenomena can be the source of remarkable properties in flexible or disordered proteins, properties hardly accessible by conventional structural techniques. Site-directed spin labeling combined with electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR) is a technique well suited for the study of these structural transitions. The insertion of a nitroxide reagent on a cysteine, natural or introduced by site-directed mutagenesis, located in a key position of a protein provides local information on possible structural changes induced by the addition of a partner. This technique was applied on two biological systems with a different degree of flexibility. The flexibility of NarJ, a chaperon protein involved in the biogenesis of the complex nitrate reductase of Escherichia coli was studied in the presence of its peptide partner. These studies enabled us to determine the interaction site and to show that the association of the two partners induced a locked conformation of NarJ. The second system is the CP12 protein of Chlamydomonas reinhardtii, involved in the regulation of a supramolecular complex of the Calvin cycle. CP12 shares some similarities with the intrinsically disordered protein but having natural and functional cysteines. The conventional labeling allowed us to highlight a new role of its partner and to demonstrate that CP12 remains disordered in the complex. Moreover, this protein was used as a model system to develop a new labeling strategy on tyrosine and to demonstrate its feasibility

Le co-transporteur Na+-K+-2Cl- spécifique du rein et sensible au bumétanide, NKCC2, joue un rôle essentiel dans l’homéostasie hydro-électrolytique et acido-basique de l’organisme. Les mutations inactivatrices de NKCC2 induisent le syndrome de Bartter anténatal de type 1, une grave maladie rénale caractérisée par une hypotension artérielle associée à des anomalies électrolytiques. À l’opposé, une activité accrue de NKCC2 est associée à une hypertension artérielle sensible au sel. Pourtant, peu est connu sur la régulation moléculaire de NKCC2. Le but de ces travaux de thèse a donc été l’identification des déterminants moléculaires impliqués dans la régulation de l’expression et du trafic intracellulaire de NKCC2, plus spécifiquement dans le contrôle de qualité de ce co-transporteur. Suite au criblage par la technique de double hybride chez la levure d’une banque d’ADNc de rein humain, nous avons identifié OS-9 en tant que partenaire de NKCC2. La léctine OS-9 est un facteur clé de régulation du contrôle de qualité des protéines au niveau du RE. Les analyses de co-immunoprécipitation dans les cellules rénales ont montré qu’OS-9 interagit principalement avec la forme immature de NKCC2. De plus, les expériences d’immunofluorescence ont révélé que cette interaction aurait lieu au niveau du RE. La surexpression d’OS-9 diminue l’abondance totale de NKCC2. Cet effet est aboli suite à l’inhibition de la voie de dégradation protéique par le protéasome par le MG132. De plus, les expériences pulse-chase et cycloheximide-chase ont montré que cette diminution est secondaire à l’augmentation de la dégradation de la forme immature de NKCC2. A l’inverse, le knock-down d’OS-9 endogène augmente l’expression du co-transporteur en augmentant la stabilité de sa forme immature. Enfin, la mutation du domaine MRH (Mannose 6-phosphate Receptor Homology) d’OS-9 n’altère pas son effet sur NKCC2, alors que la mutation des deux sites de N-glycosylation de NKCC2 abolie l’effet d’OS-9. L’ensemble de nos résultats démontre l’implication de la lectine OS-9 dans le système ERAD de NKCC2. Le deuxième volet de ce travail a porté sur l’identification de nouveaux mécanismes Moléculaires impliqués dans le Syndrome de Bartter. Nous avons découvert des mutations dans le gène MAGE-D2, situé sur la chromosome X, responsables d’une nouvelle et très sévère forme du syndrome de Bartter anténatal, caractérisé par un polyhydramnios très précoce avec un risque élevé d’accouchement prématuré et de mortalité. Nous avons montré que les anomalies de MAGE-D2 entraînent un défaut de maturation et d’expression membranaire de NKCC2 ainsi que celle du co-transporteur Na-Cl, NCC, du tubule distal. La comparaison in vitro de l’interactome de MAGED2 sauvage et mutée a révélé que la protéine MAGE-D2 sauvage interagit spécifiquement avec DNAJB1 (HSP40) et/ou GNAS, suggérant l’implication de ces deux partenaires protéiques dans la régulation de NKCC2 et NCC par MAGE-D2 pendant la grossesse. Le troisième volet de ce travail a porté sur l’étude de l’effet de DNAJB1/HSP40, partenaire de MAGE-D2, sur l’expression de NKCC2. HSP40 a été identifiée aussi comme partenaire de NKCC2 par la technique de double hybride réalisée par notre équipe. Nous avons montré que HSP40 et son co-chaperon HSPA1A (HSP70) interagissent avec la forme immature de NKCC2 au niveau du RE. La co-expression de HSP40 et HSP70 augmente l’expression de NKCC2 en augmentant sa stabilité et sa maturation. De plus, ces deux co-chaperons régulent l’expression de NCC de la même manière. Ces observations suggèrent que MAGE-D2 coopère avec DNAJB1/HSP40 et HSPA1A/HSP70 pour protéger NKCC2 et NCC contre la rétention et la dégradation de NKCC2 au niveau du RE durant la grossesse, révélant ainsi une nouvelle voie de régulation du trafic intracellulaire de NKCC2 et NCC. (...)
The kidney-specific Na + -K + -2C1 co-transporter, sensitive to bumetanide, NKCC2, plays an essential role in the body's fluid, electrolyte and acid-base homeostasis. Mutations of NKCC2 cause antenatal type 1 Bartter syndrome, a life-threatening kidney disease characterized by arterial hypotension associated with electrolyte abnormalities. In contrast, an increase in NKCC2 activity is associated with salt-sensitive hypertension. Yet the mechanisms underlying the regulation of NKCC2 trafficking in renal cells are scarcely known. The aim of this work was to identify the protein partners involved in the regulation of the expression and the intracellular trafficking of NKCC2, specifically in the quality control of this co-transporter. Using the yeast tow-hybrid system, we identified OS-9 as a specific binding partner of NKCC2. Lectin OS-9 is a key factor in the regulation of protein quality control at ER. Co-immunoprecipitation assay in renal cells showed that OS-9 interacts mainly with NKCC2 immature forms. Accordingly, immunocytochemistry analysis showed co-localization of the proteins mainly in the ER. Overexpression of OS-9 decreased the total abundance of NKCC2. This effect is abolished following the inhibition of the proteasome protein degradation pathway by MG132. In addition, the pulse-chase and cycloheximide-chase assays demonstrated that the marked reduction in the co-transporter protein levels was essentially due to increased protein degradation of NKCC2 immature forms. Conversely, knock-down endogenous of OS-9 increased the expression of the co-transporter by increasing the stability of its immature form. Finally, inactivation of the Mannose 6-phosphate Receptor Homology domain had no effect on its action on NKCC2, while mutation of the two NKCC2 N-glycosylation sites abolished the effect of OS- 9. In summary, our results demonstrate the involvement of lectin OS-9 in the ERAD of NKCC2. The second part of this work focused on the identification of new molecular mechanisms involved in Bartter Syndrome. We found that MAGE-D2 mutations caused X-linked new and severe form of antenatal Bartter's syndrome, characterized by a very early polyhydramnios with a high risk of premature delivery and mortality. We have shown that MAGE-D2 abnormalities lead to a lack of maturation and membrane expression of NKCC2 as well as that of the Na-Cl co-transporter, NCC, of the distal tubule. In vitro comparison of the wild-type and mutated MAGED2 interactome revealed that wild-type MAGE-D2 interacts specifically with DNAJB1 (HSP40) and / or GNAS, suggesting involvement of these two protein partners in NKCC2 and NCC regulation by MAGE-D2 during pregnancy. The third part of this work focused on the study of the effect of DNAJB1 / HSP40, partner of MAGE-D2, on the expression of NKCC2. HSP40 was also identified as a specific binding partner of NKCC2 by the yeast two-hybrid system realized by our team. We have shown that HSP40 and its co-chaperone HSPA1A (HSP70) interact with the immature form of NKCC2 at the ER. The co-expression of HSP40 and HSP70 increased the expression of NKCC2 by increasing its stability and maturation. In addition, these two co-chaperones regulate the expression of NCC in the same way. These findings suggest that MAGE-D2 cooperates with DNAJB1 / HSP40 and HSPA1A / HSP70 to protect NKCC2 and NCC against retention and degradation of NKCC2 at ER during pregnancy, revealing a new pathway for regulating NKCC2 and NCC intracellular trafficking. A better understanding of NKCC2 and NCC regulatory pathways would help to better understand the pathophysiology of sodium retention and ultimately would provide a new target for a pharmaceutical approach to preventing and / or treating kidney disease related to sodium balance

Les cellules Natural Killer (NK) sont jouent un rôle essentiel dans la surveillance des hémopathies malignes. Cependant, les cellules tumorales développent des mécanismes immunosuppresseurs pour échapper à l'immunité cellulaire NK. Ainsi, le maintien ou l'amélioration des performances des cellules NK sont considérés comme des défis majeurs. Les objectifs de cette partie étaient d'évaluer l'impact de la perfusion de cellules NK activées sur la récupération et la biologie des cellules NK circulantes après l'allo-SCT. Des doses croissantes de cellules NK activées par IL-2 ex-vivo ont été perfusées chez des patients atteints de tumeurs malignes hématologiques 3 mois après allo-SCT. Nos résultats ont montré une fréquence plus élevée des cellules NK dans la périphérie des patients traités. Bien que le phénotype immature soit remarquable peu après le traitement, les cellules NK circulantes, présentaient un état d'activation avec un profil de maturation amélioré après 6 mois de traitement. Nous avons également constaté que l'expression des récepteurs NK activateurs (NKG2D, NKp30 et NKp46) augmentait sur les cellules NK circulantes des patients. De plus, ces cellules ont montré une augmentation significative de la capacité de dégranulation ainsi que de la sécrétion de cytokines (IFN-Ƴ et TNF-α) tout au long de l'étude. Ces différences ont notamment été observées chez les patients ayant reçu des doses plus importantes de cellules NK activées. En conclusion, nous supposons que la perfusion de fortes doses de cellules NK activées ex-vivo pourrait être associée à l'amélioration du phénotype et des fonctions des cellules NK au cours de la reconstitution immunitaire après allo-SCT
Natural killer (NK) cells are effector lymphocytes of the innate immune system that have the ability to kill transformed cells. They play a critical role in hematological malignancies surveillance, however, tumor cells develop immunosuppressive mechanisms to escape NK cell-mediated killing. So, maintaining or improving NK cell performance is considered a major challenge. Our goals are to evaluate the impact of activated NK cells infusion on the recovery and biology of circulating NK cells post allo-SCT.Three different doses (dose 1: 106 NK cell/Kg, n=3; dose 2: 5x106 NK cell/Kg, n=7; dose 3: >5x106 NK cell/Kg, n=6) of ex-vivo IL-2 activated NK cells were infused into patients with hematological malignancies after all-SCT. Our results showed higher frequency of NK cells in the periphery of patients treated with larger doses of activated NK cells. Although the notable immature phenotype shortly after treatment, the circulating NK cells in patients receiving larger doses of activated NK cells displayed more activation status with improved maturation profile after 6 months of treatment. We also found that the expression of activating NK receptors (NKG2D, NKp30, and NKp46) augmented on circulating CD56dim NK cells of patients receiving larger doses of activated NK cells. Moreover, these cells showed a significant increase in degranulation capacity as well as cytokine secretion (IFN-Ƴ and TNF-α) throughout study period. In conclusion, we hypothesize that infusion of high-dose of ex-vivo activated NK cells could be associated with improvements of NK cell phenotype and function during immune reconstitution after allo-SCT

Nous avons cherché à évaluer l'impact de conditions opératoires pour la préparation d'agrégats protéiques et d'émulsions stabilisées par des protéines en vue de la protection de l'α-tocopherol, servant de modèle de molécules d'intérêt, hydrophobes et sensibles. Les matrices protéiques ont été formées à partir d'un concentrat de protéines de lactosérum (6 wt% de WPC, pH 6.5 et 65 à 75°C), en présence ou absence de 4% α-tocopherol. Le mélange (65°C -15 min) des protéines en solution sans ou avec α-tocopherol a donné lieu à la formation de particules avec modification de charge (de -42 à -51 mV) et de taille (de 183 à 397 nm). Ces paramètres ont diminué davantage sous l'effet d'homogénéisation sous haute pression à 1200 bar que à 300 bar, alors qu'une meilleure protection de l'α-tocopherol a été observée après 8 semaines conservation. Les mécanismes impliqués dans la formation des matrices protéiques correspondantes ont été décrits sur la base de procédés de dénaturation-agrégation de protéines sériques, à partir de résultats obtenus par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), spectrofluorescence, diffusion multiple de la lumière et électrophorèse SDS-PAGE. Les matrices lipidiques ont été préparées à partir de phases aqueuses contenant (6 wt% or 3 wt% de WPC) et lipidiques (20 %) en présence ou absence de lécithines (1.5%) avec ou sans α-tocopherol (4%), et par application d'une première étape de dispersion (65°C - 15 min) suivie d'une homogénéisation sous pression à 300 ou 1200 bar. Les nanoparticles lipidiques formées à plus haute pression étaient de taille et concentration protéique de surface plus faibles et de degré d'encapsulation de l'α-tocopherol plus faible (près de 15 %). L'analyse par DSC en modes balayage et isothermes des particules lipidiques a montré que plus leur taille est faible, plus le sur-refroidissement est important, l'apparition des cristaux de matière grasse plus retardée, et leur développement à 4°C moins important. Ces effets sont accentués dans les gouttelettes contenant l'α-tocopherol. La diffraction aux grands et petits angles de rayons X (synchrotron Soleil), couplée à la DSC, a montré la co-existence des polymorphes 2Lα, 2Lβ' et 2Lβ dans toutes les émulsions, mais à des proportions différentes. Les cristaux 2Lβ étaient plus développés dans les gouttelettes de plus petite taille et contenant du tocopherol en présence de lécithins, celles qui présentaient la plus forte dégradation chimique d'α-tocopherol pendant une conservation à long-terme
We investigated effects of processing conditions for the preparation of protein aggregates and protein-stabilized lipid droplets, as matrix carriers of sensitive lipophilic bioactive compounds, with α-tocopherol as a model. Protein-based matrices were formed from whey protein concentrate (6 wt% WPC, pH 6.5 and 65 to 75°C), in presence or absence of 4% α-tocopherol. Mixing the protein solutions without or with α-tocopherol (65°C for 15 min) led to changes in particle surface charges (from -42 to -51 mV) and sizes (from 183 to 397 nm). These parameters decreased more under further high pressure homogenisation at 1200 bar than 300 bar, in parallel with increased vitamin protection over 8 week's storage. Molecular mechanisms involved in formation of corresponding α-tocopherol-loaded protein matrix were described on the basis of heat- and high-pressure-induced whey protein denaturation and aggregation, as evidenced by differential scanning calorimetry (DSC), spectrofluorescence, multi-light scattering and SDS-PAGE electrophoretic patterns. Lipid-based matrices were developed from aqueous phases (80 wt%) containing WPC (6 wt% or 3 wt%) and lipid phases (20 wt%) in presence or absence of lecithins and/or 4% α-tocopherol, and by using a first dispersion step (65°C for 15 min) followed with HPH at 300 or 1200 bar. Our results showed that increasing HPH was accompanied by formation of lipid nanoparticles with decreasing size and protein surface concentration with an increase in α-tocopherol degradation (up to 15 wt% for 1200 bar). DSC in scanning and isothermal modes showed that reduction in lipid droplet size was accompanied by retardation in crystalline fat development under storage at 4°C, with further reduction in crystalline fat development along with further increase in supercooling for lipid droplets containing α-tocopherol. Fat polymorphism observed using time-resolved synchrotron X-ray scattering at wide and small angles (WAXS and SAXS) coupled with DSC, showed co-existence of 2Lα, 2Lβ' and 2Lβ polymorphs in all the emulsions, but at different proportions. It was observed that 2Lβ polymorphs were more prominent in lipid droplets with lower size and containing α-tocopherol in presence of lecithins that were shown to present the lowest long-term stability of α-tocopherol against chemical degradation

Les protéines sont des objets biologiques conçus pour résister aux perturbations et, àen même temps, s'adapter à des nouveaux environnements et des nouveaux besoins. Que sont lespropriétés structurelles des protéines permettant une telle plasticité? Pour taclercette question, nous modélisons d'abord la structure des protéines comme un réseau d'acides aminés et atomes en interaction. Compte tenu de la conformation structurelle 3Dd'une mutation obtenue In Silico, une approche réseaupermet la quantification de son changement structurel. En utilisant des grands ensemblesde mutations, nous avons conclu que le changement structurel est indépendant du type d'acide aminé remplacé ou du remplacement après mutation. En regardantà la composition des voisinages d'acides aminés, nous avons remarqué que lela localisation d'un type d'acide aminé dans la structure 3D est arbitraire:ce qui signifie que les contraintes d'interactions d'acides aminés dans une protéinemontre être indépendantes de la position de l'acide aminé en question. Menant à laobservation que la position de l'acide aminé dans la séquence est lapropriété unique modulant la plasticité structurelle.Le fait que les acides aminés peuvent se remplacer les uns les autres danstoutes les positions parce que la contrainte d'interaction ne dépend pas dutype d'acide aminé,est basé sur la personnalisation des voisins viamutations altérnatives compensatoires. Même s'il y a une grandetolérance pour les mutations basée sur la robustesse structurelle, les mutations peuvent avoir un impact surla plasticité structurelle en raison de la modification de la force des interactions êntre acides aminéset la distribution des atomes et des voisins entourant les résidus.La conséquence directe d'une telle variabilité de l'emballage atomique,est dû à une différence de vide (espace vide,pas d'atomes) sur la surface des résidus identifiés par certaines de mes données / résultats.Cela soulève la possibilité que la plasticité structurelle n'est pas seulementrégulée par les acides aminés et les contacts atomiques, mais aussi en sculptantdes vides locales dans la structure de la protéine pour permettre des mouvements atomiquesnécessaires pour la fonction de la protéine. Enfin, pour tester cette hypothèse, nous avonsmis en œuvre trois algorithmes pour mesurer l'espace vide autour desacides aminés pour regarder la relation entre cet espace vide et la plasticité structurelle
Proteins are biological objects made to resist perturbations and, atthe same time, adapt to new environments and new needs. What are thestructural properties of proteins allowing such plasticity? To tacklethis question we first model protein structure as a network of aminoacids and atoms in interaction. Given the 3D structural conformationof a mutation obtained In Silico, a network approachallows the quantification of its structural change. Using large setsof mutations, we concluded that structural change is independent fromthe type of amino acid replaced, or replacing after mutation. Lookingat the composition of amino acid neighborhoods, we noticed that thelocation of a type of amino acid in the 3D structure is arbitrary:meaning that constraints of amino acid interactions in a proteinshow to be position independent. Leading to theobservation that the position of the amino acid in the sequence is thesingle property modulating structural plasticity.The fact that amino acids can replace each other atany position because the interaction constraint is not dependent on thetype of amino acid,is based on the customization of neighbors via alternative amino acidmutations or compensatory mutations. Even if there is a large mutationtolerance based on structural robustness, mutations can have an impact onthe structural plasticity because of the change in strength of pairwsie interactionsand the distribution of atoms and neihgbors surrounding residues.The direct consequence of such a variable atomic packingdistribution, is a difference of void (empty space,no atoms) on the surface of residues as identified by some of my data/results.This raises the possibility that structural plasticity is not onlyregulated by amino acid and atomic contacts but also by carving localvoids within the protein structure to allow atomic motionsrequired for the function of the protein. Finally, to test this hypothesis, we haveimplemented three algorithms to measure the empty space around aminoacids to look at the relation between this empty space and structural plasticity

Les macrophages sont des cellules importantes de la réponse immunitaire. Elles sont capables d’éliminer des pathogènes, de présenter des antigènes et de sécréter de cytokines. Les macrophages sont obtenus par différenciation des monocytes sanguins par action d’agents. Notre équipe s’intéresse aux processus permettant la différenciation des monocytes en macrophages sous l’action du M-CSF. Des résultats préalables ont mis en évidence une activation spécifique des Caspases-3, -8 et -9, une activation transitoire du facteur de transcription NF-kB et une relocalisation de la protéine cIAP1 du noyau vers des structures associées à l’appareil de Golgi (Sordet et al. , 2002, Plenchette et al. , 2004, Rébé et al. , 2007). CIAP1 est un régulateur de la signalisation des récepteurs de la superfamille des TNFR et de l’activation de NF-kB. CIAP1 est une ubiquitine ligase, son premier partenaire identifié est la protéine TRAF2, adaptateur moléculaire de voies de signalisation du TNF. Dans ce travail nous avons identifié un rôle de TRAF2 au cours de la différenciation macrophagique : TRAF2 permet l’activation de NF-kB nécessaire à ce processus. TRAF2 est ensuite dégradé par le système du protéasome. CIAP1, en ubiquitinylant TRAF2, stimule sa dégradation dans une structure associée à l’appareil de Golgi. De plus cIAP1 maintient un niveau faible d’expression de TRAF2 dans les macrophages. Dans ces cellules, la restauration de TRAF2 inhibe la sécrétion de cytokines en réponse à une stimulation CD40L. L’étude des rôles de cIAP1 dans d’autres fonctions des macrophages a montré d’une part que cIAP1 semble contrôler la réponse des cellules à l’IFN-γ : l’IFN-γ induit une relocalisation de cIAP1 dans des structures vésiculaires résistantes au détergent et une inhibition des IAP stimule la sécrétion d’IL-6 en réponse à l’IFN-γ. D’autre part, cIAP1 est un régulateur de la phagocytose, en effet son inhibition spécifique diminue la capacité des macrophages à phagocyter aussi bien des bactéries E. Coli que des corps apoptotiques. Cette activité de cIAP1 pourrait être expliquée par sa capacité d’interaction avec les membres des Rho GTPases : RhoA, Rac1 et Cdc42, régulateurs de l’organisation du cytosquelette et du trafic vésiculaire. Les résultats obtenus au cours de cette thèse ont permis de démontrer l’importance de cIAP1 et de TRAF2 dans la différenciation et les fonctions macrophagiques
CIAP1 regulates TNFR superfamily receptors signaling and NF-kB activation. CIAP1 is an ubiquitin ligase, its first identified partner is TRAF2, which is a molecular adaptator of TNF signaling pathways. In this work, we identified a role of TRAF2 during macrophage differentiation : it makes NF-kB activation possible. Then TRAF2 is degraded by the protéasome. CIAP1 stimulates TRAF2 degradation in a Golgi apparatus associated structure by ubiquitinylation and it keeps a low expression level of TRAF2 in the macrophages. TRAF2 expression inhibits cytokines secretion after CD40L stimulation of the cells. Studying cIAP1 in other macrophages functions showed that cIAP1 seems to control the cellular response to the IFN-g. IFN-g induces cIAP1 relocalization in vesicular structure. Furthermore IAPs inhibition stimulates IL-6 secretion in response to IFN-g. Otherwise specific inhibition of cIAP1 regulates phagocytosis of E. Coli or apoptotic corpses by macrophages. CIAP1 is able to interact with regulators of the organization of cytoskeleton and vesicular traffic : RhoA, Rac1 and Cdc42. This might explain the cIAP1 involvement in phagocytosis. These results demonstrated cIAP1 and TRAF2 involvement in macrophages differentiation and functions

L'acth induit la synthese par les cellules corticosurrenaliennes bovines (bac) d'une proteine trimerique de 600 kda, appelee cisp pour corticotropin induced secreted protein. Des anticorps polyclonalux anti-cisp ont ete produits chez le lapin et un fragment d'adnc de 386 pb a ete amplifie par pcr et sequence. Ce fragment code 128 acides amines n-terminaux et presente 87 % d'identite avec la sequence de thrombospondine-2 (tsp2) humaine. Cet amplicon utilise comme sonde nucleique en northern blot detecte un arn messager de 6. 0 kb, dont la synthese est induite par l'acth. Une sonde nucleique specifique de tsp1 bovine a egalement ete developpe. L'etude de la regulation de l'expression de cisp/tsp2 et de tsp1 par les cellules bac a montre un effet oppose de l'acth avec (1) une augmentation de l'expression de cisp et une diminution de celle de tsp1, (2) une induction precoce par le serum de la synthese de tsp1 (3) une induction de l'expression de tsp1 et de tsp2 par tgf-b1. Dans les cellules bac traitees par l'acth, cisp est localisee au niveau de l'appareil de golgi comme le montrent les experiences d'immunofluorescence. L'emploi de l'anticorps anti-cisp a permis de montrer que cisp est necessaire au maintien de l'arrondissement cellulaire induit par l'acth. Dans la lignee de cellules d'osteosarcome ros, une inhibition de l'expression de tsp1 par l'ampc et la parathormone a ete observee. En revanche, l'induction de cisp par l'ampc n'est pas retrouvee dans ce modele, suggerant une regulation specifique aux cellules bac. In vivo, cisp peut etre extraite de differents tissus bovins, dont la surrenale. Plus precisement, en immunofluorescence, cisp est localisee au niveau du cortex surrenalien, dans la zone glomerulee et la zone fasciculo-reticulee. La presence de cisp a egalement ete retrouvee dans les tumeurs de la surrenale, sans difference d'expression detectee selon la malignite de la tumeur. L'existence d'une regulation differentielle de l'expression de tsp1 et de cisp/tsp2 est en faveur de roles distincts de ces deux thrombospondines et suggere que les cellules corticosurrenaliennes ainsi que les cellules ros representent de bons modeles d'etude des fonctions de tsp1 et de tsp2.

La méthylation de la lysine 9 de l’histone 3 (H3K9), établie par les lysine méthyltransférases (KMTs) SETDB1, SUV39H1, G9A et GLP, représente un mécanisme épigénétique central dans la régulation du destin cellulaire. En particulier, la methylation d’H3K9 est directement impliquée dans la formation de l’hétérochromatine et l’extinction des gènes. Notre laboratoire a montré que les principales KMTs (SETDB1, G9A, GLP et SUV39H1) spécifiques de H3K9 forment un méga-complexe impliqué dans la répression transcriptionnelle, probablement via une coopération pour établir les différents niveaux de méthylation. Néanmoins, la régulation des complexes de H3K9 KMT n’est jusqu’à présent pas bien comprise. Il est à noter que des modifications post-traductionnelles (PTM) ont été impliquées dans la régulation des fonctions des KMTs. Dans ce contexte, mon projet visait à comprendre comment la méthylation de SETDB1 régulerait son activité (incorporation dans des complexes, interaction avec ses partenaires, recrutement à la chromatine). Le but étant d’établir quel impact auraient ces modifications de SETDB1 sur la formation de l’hétérochromatine, l’expression des gènes et la régulation du destin cellulaire. SETDB1 est cruciale lors du développement et de la différençiation cellulaire. De plus, SETDB1 est essentielle pour la pluripotence et le renouvellement des cellules souches embryonnaires murines (mESC). L’inactivation génique de ou KO de Setdb1 est létal au stade préimplantatoire à 7,5 jours post-coïtum (dpc). En plus des histones, SETDB1 méthyle d’autres protéines comme UBF, ING2 et p53. Mes résultats montrent notamment, que SETDB1 s’autométhyle sur les lysines K1170 et K1178 localisées dans le domaine catalytique SET. SETDB1 et SUV39H1 coordonnent l’établissement et la maintenance de H3K9me3 dans l’hétérochromatine péricentromérique constitutive et co-régulent de nombreuses cibles génomiques dans l’hétérochromatine, dont les éléments transposables comme les Long Interspersed Nuclear Elements (LINEs) et les rétrovirus endogènes (ERVs). Comme SUV39H1 est une triméthyltransférase qui utilise H3K9me1 ou H3K9me2 comme substrat primaire, SETDB1 pourrait probablement fournir les mono- ou di-méthyl H3K9. Mes résultats suggèrent un modèle dans lequel l’auto-méthylation de SETDB1 est pré-requise à la trans-méthylation subséquente par SUV39H1. Ce mécanisme pourrait réguler non seulement l’interaction physique entre SETDB1 et SUV39H1, via le chromodomaine de SUV39H1, mais aussi leur coopération dans l’établissement et la maintenance des blocs (grands domaines) d’hétérochromatine et l’extinction des éléments transposables, au moins dans les cellules souches. Ainsi, nous souhaitons mieux comprendre comment le « dialogue » entre ces deux H3K9 KMT majeures, SETDB1 et SUV39H1, est impliqué dans leurs interactions et leurs recrutements aux loci cibles
Histone H3 lysine 9 (H3K9) methylation, which is established by the lysine methyltransferases (KMTs) SETDB1, SUV39H1, G9A and GLP, is a central epigenetic mechanism involved in cell fate regulation. In particular, H3K9 methylation is directly involved in heterochromatin formation and gene silencing. Our lab showed that the main H3K9 KMTs (SETDB1, G9A, GLP and SUV39H1) form a functional megacomplex involved in transcriptional silencing, probably via the cooperative establishment of the different H3K9 methylation levels. However, up to now, the regulation of the H3K9 KMT complexes is not fully understood. Interestingly, post-translational modifications (PTMs) have been implicated in the regulation of H3K9 KMT functions. In this, my PhD thesis aimed to decipher how methylation of SETDB1, regulates its activity (complex formation, interaction with partners, recruitment to chromatin), which ultimately could impact on heterochromatin formation, gene expression and cell fate regulation. SETDB1 is crucial during development and cellular differentiation. Moreover, SETDB1 is essential in mouse embryonic stem cells (mESCs) pluripotency and self-renewal, Setbd1 KO is lethal at the peri-implantation stage at 7.5 days postcoitum (dpc). Beside histones, SETDB1 is also able to methylate other proteins (e.g. UBF, ING2, p53). Notably, my current data show that SETDB1 undergoes (auto)methylation on the lysines K1170 and K1178 located inside its catalytic SET domain. SETDB1 and SUV39H1 coordinate the establishment and maintenance of H3K9me3 at constitutive pericentromeric heterochromatin and co-regulate many genomic targets within heterochromatin, including transposable elements, such as long interspersed nuclear elements (LINEs) and endogenous retroviruses (ERVs). Since SUV39H1 is a H3K9 tri-methyltransferase that uses H3K9me1 or H3K9me2 as a primary substrate, SETDB1 could probably provide mono- or di-methylated H3K9. Interestingly, my results point to a model in which SETDB1 auto-methylation paves the path to a subsequent trans-methylation by SUV39H1. This mechanism could regulate not only the SETDB1/SUV39H1 physical interaction (via the SUV39H1 chromodomain), but also cooperation in the establishment and maintenance of both heterochromatin blocks (large domains) and transposable elements (TEs) silencing, at least in ES cells. Thus, we would like to better understand how the crosstalk between these two key H3K9 KMTs, SETDB1 and SUV39H1, occurs in terms of interaction and recruitment to target loci

La formation de troubles physico-chimiques pendant le stockage de boissons clarifiées préoccupe la filière cidricole. Ces troubles sont dus à des interactions entre différents constituants de la boisson, générant des agrégats visibles. Ce travail présente un double objectif : étudier la composition des troubles afin de déterminer les familles chimiques impliquées, puis étudier les mécanismes des interactions responsables de l’apparition de ces troubles. Pour cela, la composition des troubles a été analysée dans trois boissons cidricoles (cidre, jus de pomme et pommeau). Les résultats ont montré l’implication des composés phénoliques et ont conduit à l’hypothèse selon laquelle l’oxydation de ces composés jouerait un rôle prépondérant dans leur agrégation. Des protéines ont également été dosées en grandes concentrations dans des troubles de jus de pomme, suggérant leur implication dans leur formation.Ces hypothèses ont été vérifiées par deux approches en solutions modèles : en modèle pommeau et en modèle jus de pomme. Ces travaux ont mis en évidence des troubles de différentes natures en fonction de la boisson étudiée. D’une part, les troubles des cidres et des pommeaux s’expliqueraient essentiellement par l’auto-agrégation des procyanidines oligomères consécutive à leur oxydation. Les marqueurs moléculaires impliqués dans la formation de trouble réversible ont pu être identifiés. D’autre part, les troubles de certains jus de pomme, relativement pauvres en composés phénoliques et riches en protéines, seraient provoqués par la dénaturation de protéines de défense des plantes
Physico-chemical haze appearance during storage of clarified apple-based beverages is a concern for producers. These hazes are caused by interactions between several constituents of the beverage that lead to the formation of visible aggregates. This work had two main goals: analyze the composition of hazes in order to determine which families of compounds are responsible for their formation, and understand which mechanisms are involved. First, the composition of the haze gathered from three apple-based beverages (cider, apple juice and pommeau) was analyzed. The results revealed the implication of phenolic compounds and led to the hypothesis that their oxidation was probably one of the main factors responsible for haze formation. Proteins were found in quite large quantities in some apple juice hazes, which suggests their involvement in haze formation in this beverage.These two hypotheses have been verified using two model approaches: in a model pommeau and in a model apple juice. This work evidenced that different kinds of hazes exist in apple-based beverages. On the one hand, haze in pommeaux and ciders is mainly explained by procyanidin oligomers self-aggregation induced by their oxidation, with possible interactions with other beverage constituents. On the other hand, haze in some apple juices, which probably contain low polyphenol and high protein levels, is triggered by “Pathogenesis-Related Proteins” denaturation that lead to their self-aggregation, in interaction with oligomeric procyanidins

Les nanomatériaux posent de nouvelles questions en termes de toxicologie humaine et environnementale et représentent une nouvelle interface avec le milieu biologique aux propriétés spécifiques. De nombreuses inconnues demeurent, en particulier à l’échelle moléculaire, pour permettre d’expliquer certains mécanismes de toxicité. Lorsqu’elles entrent en contact avec le milieu biologique, les nanoparticules se couvrent d’une couche de protéines adsorbées. Celle-ci leur confère une nouvelle « identité biologique » qui contrôle la réponse cellulaire et leur devenir au sein de l’organisme. Nous avons étudié l’adsorption de protéines modèles sur la silice nanostructurée. Après avoir caractérisé la silice nanoporeuse et les nanoparticules de silice utilisées, l’adsorption de la myoglobine, de l’hémoglobine et des protéines d’un extrait cellulaire de levure a été étudiée afin de déterminer les paramètres physico-chimiques et thermodynamiques de l’adsorption des protéines sur la silice. Un enrichissement en résidus basiques, regroupés en clusters de charge, favorise l’adsorption des protéines grâce à la formation d’interactions électrostatiques avec la surface chargée de la silice, indépendamment de la charge globale de la protéine. A l’inverse, un enrichissement en résidus aromatiques est défavorable à l’adsorption car ces résidus forment des interactions π-π qui rigidifient la structure de la protéine. L’identification des protéines adsorbées et non adsorbées à partir d’un milieu complexe pourrait également être utilisée pour les études de toxicité cellulaire. A partir de l’étude de la structure, de la dynamique et de l’activité de la myoglobine et de l’hémoglobine adsorbées sur les nanoparticules de silice, nous avons cherché à définir l’état d’une protéine adsorbée. L’étude de la structure, réalisée par dichroïsme circulaire, spectroscopie UV-visible, d’absorption X, infrarouge, fluorescence et microcalorimétrie, montre une perte partielle de structure importante des protéines adsorbées associée à une grande hétérogénéité de conformations, sans modification majeure de la structure de l’hème. Deux sites potentiels d’interaction entre myoglobine et nanoparticules de silice ont été identifiés à l’aide d’une technique de cartographie de surface par irradiation. L’étude de la dynamique de la myoglobine adsorbée par diffusion élastique et inélastique de neutrons a permis de montrer que l’adsorption s’accompagnait d’une diminution importante de la flexibilité de la protéine. Malgré la perte de structure, la metmyoglobine adsorbée conserve une activité de fixation de ligands très proche de celle de la protéine libre. L’hémoglobine adsorbée présente de façon inattendue une augmentation de son affinité pour l’oxygène et une diminution de sa coopérativité, sans dissociation du tétramère. Cet effet est reproductible lors de l’adsorption de l’hémoglobine humaine, de l’hémoglobine pontée DCL et de l’hémoglobine mutée S. Deux effecteurs permettent par ailleurs de moduler l’affinité de l’hémoglobine adsorbée. Aussi importantes soient-elles, les modifications de structure et d’activité observées sont entièrement réversibles après désorption dans des conditions douces. L’adsorption des hémoprotéines sur les nanoparticules de silice représente véritablement un nouveau type de stress avec résilience pour les protéines en termes de relations entre structure, dynamique et activité
Nanomaterials raise new questions in environmental and human toxicology and represent a novel interface with specific properties with the biological medium. Several unknown remain to explain all the mechanisms of toxicity, especially at the molecular lever. When they enter the biological medium, nanoparticles get covered by a protein corona. This corona yields to a new “biological identity” that controls the cellular response to nanoparticles and their fate in the organism. We studied the adsorption of model proteins on nanostructured silica. The first part is dedicated to the characterization of nanoporous silica and silica nanoparticles that we used. Then the adsorption of myoglobin, hemoglobin and protein mixture from yeast cells was studied to determine the thermodynamic and physical-chemical parameters of protein adsorption on silica. The enrichment of basic residues, gathered in charge clusters, favors the adsorption of proteins by the formation of electrostatic interactions with the charged surface of silica, independently of the global charge of the protein. On the contrary, the enrichment in aromatic residues is unfavorable to protein adsorption because they form π-π interactions that rigidify the protein structure. The identification of adsorbed and non-adsorbed proteins from a complex medium could also be used for cellular toxicity studies. From the study of the structure, the dynamics and the activity of myoglobin and hemoglobin adsorbed on silica nanoparticles, we tried to define the state of an adsorbed protein. The structural study, based on circular dichroism, fluorescence, infrared, X-ray and UV-visible spectroscopy and microcalorimetry, shows a substantial partial structure loss of adsorbed proteins together with a high conformational heterogeneity, without major modifications of the heme structure. Two potential interaction sites of myoglobin with silica nanoparticles have been identified by a footprinting technique. The study of adsorbed myoglobin dynamics by elastic and inelastic neutron scattering highlighted the important decrease of protein dynamics that occurs upon adsorption. However, despite the structure loss, adsorbed metmyoglobin retains almost all of its activity of ligand binding. Unexpectedly, adsorbed hemoglobin shows an increase of its oxygen affinity and a decrease of its cooperativity, without any dissociation of the tetramer. This effect can be reproduced on human hemoglobin, cross-linked DCL hemoglobin and variant S hemoglobin. Besides, two effectors allow modulating the affinity of adsorbed hemoglobin. Despite the extent of structural and activity changes, all these modifications are entirely reversible upon desorption in soft conditions. The adsorption of hemoproteins on silica nanoparticles depicts a new sort of stress with resilience for proteins in terms of structure, dynamics and activity relationship

Les oreillons sont une maladie très contagieuse causée par le virus ourlien. La méthode préventive (le vaccin) contre ce virus a été déjà mise au point. Par contre, les épidémies récentes restent incontrôlables. Il est donc très important de comprendre le mécanisme moléculaire de son cycle de vie afin d’élaborer le traitement effectif et spécifique. Ce virus appartient à la famille des Paramyxoviridae. Son génome, l’ARN non segmenté monocaténaire de polarité négative, est protégé par la nucléoprotéine (N) en formant des structures filamenteuses nucléocapsides. N joue un rôle essentiel dans la synthèse du génome viral. En effet, cette protéine avec la polymérase et son cofacteur phosphoprotéine (P) constitue la machinerie de transcription-réplication du virus. La N et la P sont composées des régions pliées et dépliées. Malgré que la morphologie du virus ourlien est conservée parmi les autres membres de la famille, il existe quelques différences. Il a été démontré que la P est un oligomère antiparallel avec les deux extrémités d’un côté qui interagissent avec la partie structurale de N (Ncore). Tandis que la fonction de la région désordonnée (Ntail) est compliquée à identifier pour le moment. En comparant avec les autres paramyxovirus connus, Ntail n’interagit pas avec le domaine C-terminal de la P. Le rôle des régions déstructurées de P n’a pas été défini. Dans ce projet, nous dévoilons les mécanismes des interactions entre diverses régions de N et P et nous expliquons comment les domaines intrinsèquement désordonnés de N et P sont impliqués dans la régulation de la machine complexe de réplication virale. Nous avons utilisé la résonance magnétique nucléaire qui est la méthode la plus puissante afin de déterminer la structure, la dynamique et les partenaires d’interaction dont la fonction des protéines dépliées virales
Mumps is a highly contagious disease caused by the mumps virus. The prevention treatment (vaccine) against it is already in the routine use. However, recent outbreaks still remain uncontrollable. Therefore, it is important to understand the molecular mechanism of the mumps virus life cycle. This virus belongs to the family of Paramyxoviridae. Its genome, negative strand non-segmented RNA is protected by the nucleoprotein (N) by forming filamentous structures called nucleocapsids. N plays an important role in viral genome synthesis. Together with the polymerase and its cofactor phosphoprotein (P) they constitute the transcription-replication machinery. Both N and P contain folded and unfolded regions. Despite mumps virus common morphology with other paramyxovirus, there are some differences. It has been proposed that P is an antiparallel oligomer with two extremities on the one side being in interaction with the structural part of N (Ncore). The function of the disordered domain (Ntail) remains unclear, as it does not seem to bind to the C-terminal part of P, as is the case for other paramyxoviruses. The role of the disordered domains of P is also not known. In this project we revealed mechanisms of interaction between different regions of N and P and we explain how disordered regions of N and P are implicated in the regulation of the complex machinery of viral replication. We used the nuclear magnetic resonance which is the most powerful method to determine structure, dynamics and potential interaction partners, and therefore, function of disordered viral proteins

L’Autophagie médiée par les protéines chaperonnes (ou CMA pour Chaperone-Mediated Autophagy) est une voie majeure du catabolisme lysosomal considérée aujourd’hui comme un acteur central de contrôle de nombreuses fonctions cellulaires, et dont les défauts sont associés à plusieurs pathologies humaines, dont des maladies neurodégénératives, des cancers et des troubles du système immunitaire. Selon l’idée actuellement admise, cette fonction cellulaire n’existerait que chez les mammifères ou les oiseaux, qui seraient les seuls à exprimer la protéine LAMP2A, une protéine nécessaire au fonctionnement de la CMA. Or, récemment, nous avons pu mettre en évidence l’existence de séquences exprimées présentant une forte homologie avec LAMP2A de mammifères chez plusieurs espèces de poissons, remettant ainsi en question ce point de vue et suggérant que la CMA soit apparue beaucoup plus tôt au cours de l'évolution qu'on ne l'avait initialement cru. Dans cette thèse, nous retraçons l’histoire évolutive du gène LAMP2 chez les vertébrés. Nous démontrons que ce gène est apparu après la seconde duplication complète du génome survenue chez l'ancêtre commun des vertébrés il y a environ 500 millions d'années. En outre, en adaptant une méthode récemment décrite pour mesurer l’activité de la CMA dans des cellules de mammifères à une lignée de fibroblastes de medaka (Oryzias latipes), nous apportons la preuve de l’existence de cette fonction cellulaire chez cette espèce de poisson. Enfin, afin de caractériser le rôle physiologique de cette fonction chez les poissons, nous avons procédé à l’invalidation par crispR-cas9 de lamp2a chez le medaka. Les poissons générés présentaient de sévères perturbations du métabolisme intermédiaire, comme précédemment décrit chez des souris dont LAMP2A a été invalidée dans le foie. Dans l’ensemble, ces résultats démontrent clairement, et pour la toute première fois, qu’il existe bien une activité CMA fonctionnelle chez les poissons, et apportent ainsi de nouvelles perspectives dans ce domaine de recherche, notamment en autorisant l'utilisation de modèles génétiques complémentaires, tels que le poisson zèbre ou le medaka, pour faire avancer nos connaissances sur les mécanismes régissant cette fonction cellulaire
Chaperone-Mediated Autophagy (CMA) is a major pathway of lysosomal proteolysis recognized as a key player in the control of numerous cellular functions, and whose defects have been associated to several human pathologies, including neurodegenerative diseases, cancers and immune disorders. To date, this cellular function was presumed to be restricted to mammals and birds, due to the absence of an identifiable lysosome-associated membrane protein 2A (LAMP2A), a limiting and essential protein for CMA, in non-tetrapod species. However, we recently identified the existence of expressed sequences displaying high homology with the mammalian LAMP2A in several fish species, challenging that view and suggesting that CMA appeared much earlier during evolution than initially thought. In the present thesis, we first present new evidences about the evolutionary history of the gene LAMP2 in vertebrates. We demonstrate that LAMP2 appeared after the second whole genome duplication that occurred at the root of the vertebrate lineage approximately 500 million years ago. By using a fluorescent reporter previously used to track CMA in mammalian cells, we then revealed the existence of a CMA-like pathway in a fibroblast cell line of the fish medaka (Oryzias latipes). Finally, to address the physiological role of Lamp2a in fish, we generated, medaka knockout for the splice variant lamp2a, and found severe alterations in the intermediary metabolism, as previously demonstrated in mice deficient for CMA in liver. Altogether, our data provide the first evidence for a CMA-like pathway in fish and bring new perspectives on the use of complementary genetic models, such as zebrafish or medaka, for studying CMA in an evolutionary perspective