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International audience; Magnetic Resonance Imaging is used here to study four phenomena: two-phase water/oil flow in porous media, rheology of fiber suspensions, natural convection in complex fluids and water diffusion in polymer membranes. These studies required the use or development of appropriate devices to maintain controlled external conditions in terms of mechanical stress, temperature or humidity. This article focuses on the instrumentation and methods used to perform MRI measurements on these systems.; L'Imagerie par Résonance Magnétique est utilisée ici pour l'étude de quatre phénomènes : l'écoulement diphasique eau/huile dans des milieux poreux modèles, le cisaillement de suspensions de fibres, la convection dans des fluides complexes et la diffusion de l'eau dans des membranes polymères. Ces études ont nécessité l'utilisation ou le développement de dispositifs adaptés, permettant de maintenir des conditions externes contrôlées en termes de contrainte mécanique, température ou hygrométrie. Cet article met l'accent sur l'instrumentation et les méthodes mises en oeuvre pour mener à bien des mesures d'IRM sur ces systèmes.

International audience; Dansla recherche de ces dernières annéesdans alimentset les sciences de la nutrition sont passées des méthodes analytiques classiques à des approches omiques très sophistiquées qui créent une quantité impressionnante de données. Les dernières ne peuvent être analysées qu'à l'aide d'outils bioinformatiques. Les travaux publiés jusqu'à présent ont montré la puissance des technologies omiquesdansLe domaine defoodomique. La plupart des études menées jusqu'à présent ont utilisé une ou deux approches telles que la transcriptomique et la métabolomique, et un défi majeur consiste à intégrer et à connecter des ensembles de données de différents niveaux d'expression tels que gène, transcrit, protéine et métabolite. Cependant, des développements restent à faire pour transférer cette approche utilisée principalementdanslaboratoires de recherche au monde industriel. La plupart des techniques utiliséesdans foodomiqueles approches sont complexes, coûteuses et nécessitent des personnes hautement qualifiées pour obtenir des données solides. Des équipes qui travaillentdansce domaine doit être composé de personnes ayant des compétences complémentairesdanschimie, analyse, statistiques, biologie et bioinformatique. Les gouvernements de différents pays ont développé de grands centres « omiques », utilisant parfois des coentreprises avec des industries privées. D'autres entreprises privées ont investi de l'argent et fournissent des services aux laboratoires du secteur public. Des initiatives de partage de bases de données et d'outils bioinformatiques ont également été proposées. Par conséquent, une façon d'innoverdansce domaine passerait par des collaborations plus étroites entre le monde académique etindustrie

International audience

Acidity is a major issue in the preservation of paper-based collections. A number of paper documents of mediocre quality produced in the late 19th and early 20th century are very acidic and brittle, their public access hence being drastically restricted. To find a solution for these documents, treatments based on copolymerized aminoalkylalkoxysilanes (AAAS), which allow the simultaneous deacidification and mechanical strengthening of paper, were developed. As these treatments showed their efficacy for some papers but not for others, the results had to be better understood before a possible use by the conservation professionals.This PhD dissertation advances our understanding of the interactions/reactions between AAAS and the cellulosic substrate, with a better identification of the parameters that reduce the treatment efficacy. To that purpose, AAAS treatments were applied to newsprint lignocellulosic papers of complex compositions. In conjunction, the evolution of the physicochemical properties (pH, optical and mechanical properties) of a large range of papers treated several years ago was studied. Finally, several options towards optimized formulations of the AAAS treatments were studied by using reducing and deacidifying agents as pre-treatments of paper, polymerization catalysts of polysiloxanes during the treatment, and thermal post-treatment sequencies., L’acidité du papier est un problème majeur pour la préservation des collections graphiques. Certains ouvrages et papiers fabriqués industriellement entre la fin du XIXe et le début du XXe s, de qualité médiocre, sont devenus acides et fragiles, ce qui compromet souvent leur consultation. Afin de proposer une solution pour ces documents, des traitements à base d’aminoalkylalcoxysilanes (AAAS) copolymérisés, permettant simultanément la désacidification et le renforcement mécanique du papier, ont été développés. Ces traitements ayant fait leurs preuves sur certains papiers mais pas sur d’autres, il était primordial de mieux comprendre les résultats obtenus avant d’envisager leur usage par les professionnels de la conservation et de la restauration du patrimoine sur papier.Ces travaux de thèse ont permis d’approfondir la compréhension des interactions/réactions s’établissant entre les AAAS et le papier, et de mieux identifier les raisons réduisant l’efficacité du traitement. Pour cela, les traitements AAAS ont été appliqués à des papiers lignocellulosiques de compositions complexes. Parallèlement, l’évolution des caractéristiques physico-chimiques (pH, propriétés optiques et mécaniques) d’une large gamme de papiers traités a été étudiée sur plusieurs années. Enfin, plusieurs possibilités d’optimisation des traitements AAAS ont été évaluées, à savoir l’utilisation de pré-traitements du papier avec un agent désacidifiant ou réducteur, de catalyseurs de la polymérisation des polysiloxanes lors du traitement, ainsi que de séquences thermiques post-traitement.

Insulin is a hormone contributing to blood glucose homeostasis by promoting its absorption by targeted cells from insulin-sensitive tissues, in particular the liver, muscle, and adipose tissue. During type 2 diabetes (T2D), the capacity of insulin-sensitive tissues to respond to insulin decreases leading to the progressive development of chronic hyperglycemia. This creates a vicious cycle contributing to insulin-secreting β cells release more insulin to compensate for the lack of glycemic regulation until their exhaustion. Chronic hyperglycemia brings an excess of energetic substrate in form of circulating glucose, inducing a glucotoxicity but also into lipids, inducing a lipotoxicity. Altogether it results in ATP turnover defect which is crucial for β cell insulin synthesis and secretion. Intracellular metabolism homeostasis modifications are key markers of β cell metabolism reshaping occurring during T2D but the exchanges of metabolites between cells and their environment remain unknown. To characterize these exchanges, we have cultured for 48 h human pancreatic islets and INS-1E murine β cell line with different glucose and palmitate concentrations to mimic T2D-associated glucolipotoxicity. A metabolomic study through high-resolution proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR) completed with biochemical analysis allowed us to reveal key energetic metabolism modifications. These modifications were associated with alterations of mitochondrial dehydrogenase expression and regulation perturbing the citric acid cycle (TCA). Human islets and INS-1E cells show a similar metabolomic signature led by glucolipotoxicity. However, citrate is directly secreted out of the cell in a human islets model while this metabolite may be used for lipid synthesis supporting a higher triglyceride secretion in the INS-1E model. These results are consistent with previous works done by our team showing modifications of mitochondria-endoplasmic reticulum contact sites associated with a decrease of mitochondrial respiration during chronic exposure to high glucose concentration. Thus, we propose a model where, as in T2D, β pancreatic cells exposition to high glucose and lipid concentrations lead to mitochondrial stress. This stress leads to a glycolysis-TCA cycle-insulin secretion axes modification where islets and β cells oversecrete pyruvate, citrate, or triglycerides, limiting ATP renewing required for insulin secretion., L’insuline est une hormone contribuant à l’homéostasie du glucose dans le sang en favorisant son absorption par ces cellules cibles des tissus insulino-sensibles tels que le foie, le muscle et le tissu adipeux. Lors d’un diabète de type 2 (DT2) les tissus insulino-sensibles voient diminuer leur capacité à répondre à l’insuline mettant progressivement en place une hyperglycémie chronique. Pour répondre à la demande accrue en insuline découlant de l’insensibilité des tissus cibles, les cellules β pancréatiques insulino-sécrétrices libèrent davantage d’insuline jusqu’à s’épuiser. L’excès de substrats énergétiques circulants sous forme de glucose, induisant une glucotoxicité, et de lipides, induisant une lipotoxicité, mène à un défaut de renouvellement d’ATP, qui est substrat crucial pour la synthèse et la sécrétion régulée d’insuline par les cellules β pancréatiques. Les modifications de l’homéostasie métabolique intracellulaire sont des marqueurs du remodelage du métabolisme des cellules β au cours du DT2 mais les échanges entre ces cellules et leur environnement restent inconnus. En vue d’étudier la nature métabolique de ces échanges, nous avons soumis des îlots pancréatiques humains et un modèle de cellules β murines INS-1E à différentes concentrations de glucose et de palmitate pendant 48h afin de mimer les conséquences de la gluco-lipotoxicité associée au DT2. Une étude de métabolomique par résonance magnétique nucléaire du proton en complément d’analyses biochimiques nous ont permis de révéler des modifications majeures du métabolisme énergétique. Ces modifications sont associées à des altérations d’expressions et de régulations de déshydrogénases mitochondriales perturbant le cycle du citrate. La signature métabolomique en condition de glucolipotoxicité est proche entre les îlots humains et les INS-1E. Cependant, alors que le citrate est directement sécrété hors de la cellule dans le modèle des îlots humains, il apparait utilisé au profit de la synthèse de lipides supportant une sécrétion de triglycérides dans le modèle INS-1E. Ces résultats sont en cohérence avec les travaux précédemment réalisés par notre équipe montrant que des modifications des contacts entre la mitochondrie et le réticulum endoplasmique sont associées à une diminution de la respiration mitochondriale lors de conditions mimant la glucotoxicité. Ainsi nous proposons un modèle où, comme lors du DT2, les cellules β pancréatiques sont soumises à de fortes quantités de glucose et de lipides induisant un stress mitochondrial. Ce stress conduit à l’altération de l’axe glycolyse-cycle du citrate-sécrétion d’insuline associée à une secrétions importante de pyruvate, de citrate ou de triglycérides, ne permettant plus le renouvellement d’ATP nécessaire à la sécrétion d’insuline.

The goal of our research is to develop efficient and robust control protocols for classical and quantum systems. To this end, we have applied optimal control theory (OCT) and shortcuts to adiabaticity (STA) with inverse engineering and motion planning approaches in three different examples, which are RC (Resistor Capacitor) circuits, Fourier Transform-Ion Cyclotron Resonance (FT-ICR), and Nuclear Magnetic Resonance (NMR). Some of our results are not limited to these systems but are rather general. We apply OCT and STA with an inverse engineering approach to control the time-evolution of the charge on a capacitor. We show that OCT is a member of the family of STA solutions. In order to control an ensemble of spins and apply it in NMR, we harness the method of mapping spins to springs. We give a more illustrative explanation to this method, hence it becomes clear why this works both under OCT and STA control pulses. The mutual advantages and drawbacks of OCT and STA are discussed. By using the rotating wave approximation (RWA), we show that the control pulses developed for an ensemble of springs are applicable in FT-ICR. In a first step, we have designed robust pulses without any constraint on the amplitude of the pulse following the framework of OCT. Moreover, in a second step, adapting the grape algorithm we have taken into account an important experimental limitation, which is the constraint on the amplitude of the pulse. The OCT and STA control pulses have been compared with standard adiabatic and Stored Waveform Inverse Fourier Transform (SWIFT) pulses. To the best of our knowledge, this is the first time Optimal Control Theory has been applied in Fourier Transform-Ion Cyclotron Resonance., Le but de ce travail de recherche est de développer des protocoles de contrôle efficaces et robustes pour les systems classiques et quantiques. A cette fin, nous avons appliqué les approches de théorie du contrôle optimal (OCT) et de “Shortcuts to Adiabaticity” (STA) basé pour cette dernière sur des méthodes inverses dans trois exemples distincts: la charge d’une capacité dans un circuit électrique RC, la résonance cyclotron d’ion par transformée de Fourier (FT-ICR) et la Résonance Magnétique Nucléaire (NMR). Certains de ces résultats ne sont pas limités à ces systèmes mais sont plus généraux. Nous avons utilisé OCT et STA pour contrôler l’évolution temporelle de la charge d’une capacité. Nous montrons que OCT peut être vu comme un membre de la famille des solutions STA. Dans le but de contrôler un ensemble de spins pour des applications en NMR, nous exploitons la connexion entre les spins et les ressorts. Nous donnons une description qualitative de cette approche, ce qui nous permet d’expliquer pourquoi celle-ci fonctionne à la fois avec des impulsions OCT et STA. Les avantages et les inconvénients de OCT et STA sont discutés. En utilisant l’approximation des ondes tournantes, nous montrons que les impulsions de contrôle développés pour un ensemble de ressorts sont applicables en FT-ICR. Dans une première étape, nous avons mis en forme des impulsions robustes sans contrainte sur son amplitude à partir des méthodes du contrôle optimal. De plus, dans une seconde étape, nous avons pris en compte les limitations expérimentales sur les limites de l’intensité de l’impulsion. Les impulsions OCT et STA ont été comparées avec les solutions standards adiabatiques et SWIFT (Stored Waveform Inverse Fourier Transform). Il s’agit de la première fois que le contrôle optimal est appliqué en FT-ICR.

Among all the omics data which characterize the biological functioning of an organism, metabolomics is a promising approach in systems biology for phenotype characterization or biomarker discovery. 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is a high-throughput technology that allows to obtain characteristic spectra of a complex mixture of metabolites present in a sample of interest. However, the analysis of 1H NMR spectra remains difficult, mainly due to the fact that the measure of different amounts of metabolites present in the sample is indirect with this technique.A promising approach for the analysis of such data is to identify and quantify metabolites present in the complex mixture from its spectrum and to perform the statistical analysis on the results of this quantification. A first part of this thesis consists in improving an existing method of metabolite quantification, named ASICS, and in its implementation in an R /Bioconductor package. A new method that integrates information obtained from several complex spectra of the same experiment during the quantification process is also proposed in order to improve the reliability of the results.A second part of this thesis concerns the application of this method to a problem of neonatal mortality in piglets and more precisely the description of the mechanisms involved in the establishment of maturity. Analysis of NMR spectra of plasma, urine and amniotic fluid from late gestation fetuses allow to identify metabolic pathways involving numerous amino acids and sugars (growth and energy supply) as well as glutathione metabolism (oxidative stress)., Parmi les nombreuses données omiques qui décrivent le fonctionnement biologique d'un organisme, le métabolome suscite un intérêt croissant car il est plus proche des phénotypes d'intérêt et qu'il a donc avoir un potentiel important pour la recherche de biomarqueurs. La spectrométrie par résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technologie haut-débit qui produit des spectres caractéristiques du mélange complexe de métabolites présents dans un échantillon d'intérêt. Cependant, leur interprétation biologique est difficile car ceux-ci ne donnent pas une mesure explicite des différentes quantités de métabolites présents dans l'échantillon.Une approche prometteuse pour l'analyse de ces données consiste à identifier et quantifier les métabolites présents dans le mélange complexe à partir de son spectre et à réaliser l'analyse statistique sur les résultats de cette quantification. Une première partie de cette thèse a consisté en l'amélioration d'une méthode de quantification existante, ASICS, ainsi qu'à son implémentation dans un package R/Bioconductor. Une nouvelle méthode, prenant en compte l'ensemble des spectres d'une expérience lors de la quantification, a aussi été proposée dans le but d'améliorer la fiabilité des résultats.Un second volet de cette thèse concerne l'application de cette méthode au problème de mortalité néonatale des porcelets et plus précisément à la description des mécanismes impliqués dans la mise en place de la maturité. L'analyse des spectres RMN de plasma, d'urine et de liquide amniotique de foetus en fin de gestation a permis d'identifier des voies métaboliques impliquant de nombreux acides aminés et sucres (croissance et apport d'énergie) ainsi que le métabolisme du glutathion (stress oxydatif).

Nuclear spin relaxation is a fundamental phenomenon in Nuclear Magnetic Resonance (NMR). During the course of an experiment, it leads to polarization losses that can be detrimental to the spectrum quality. Taking spin relaxation into account when developing NMR pulse sequences appears essential, and can reveal itself beneficial, as shown in TRansverse Optimized SpectroscopY (TROSY) type of experiments. After a brief introduction to nuclear spin relaxation theory in liquid, we will detail how it has been implemented to efficiently compute relaxation rates of arbitrary spin systems. Nuclear spin relaxation theory has been used to understand the spectrum of methyl groups in the protein Ubiquitin recorded with zero-quantum evolution at low field and signal detection at high field using a two-field NMR spectrometer. This led us to extend the methyl-TROSY theory beyond its original conditions of application. In addition, we introduced the concept of two-field TROSY which relies not only on the selection of spin quantum operators with favorable relaxation properties, but also on the proper selection of the magnetic field for chemical shift labeling while retaining high-field high-sensitivity detection. Relaxation measurements report on dynamic properties over timescales ranging from pico- to seconds and more is unique. Here, we present tools to analyze the field-dependence of relaxation rates recorded while moving the sample inside the bore of the spectrometer to extend the range of available magnetic fields. Finally, we discuss models of motions adapted to the nature of internal motions in protons. We reveal the existence of a rotamer Chemical Shift Anisotropy (CSA) dependent relaxation mechanism in aliphatic side-chains., La relaxation des spins nucléaires est un phénomène fondamental en Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Au cours d’une expérience, elle conduit à des pertes de polarisation affectant la qualité des spectres. Afin de développer de nouvelles séquences d’impulsion, il est essentiel de prendre en compte ses effets, voire de les optimiser, comme dans le cas des expériences de type TROSY (Transverse Relaxation Optimized SpectroscopY). Après une brève introduction à la théorie de la relaxation en phase liquide, nous détaillons comment cette théorie a été implémentée dans le but de calculer efficacement les vitesses de relaxation d’un grand nombre de systèmes de spins. La théorie de la relaxation nous a permis de comprendre le spectre de groupes méthyl dans la protéine Ubiquitine, et enregistré avec une évolution zéro quantum à bas champs et une détection à haut champs en utilisant un spectromètre RMN à deux champs. Cela nous a conduits à étendre le champ d’application de la théorie du methyl-TROSY. Par ailleurs, nous avons introduit le concept de TROSY à deux-champs. Il repose non seulement sur la sélection d’opérateur de spin ayant des propriétés de relaxation favorables, mais également sur la sélection adéquate des champs magnétiques pour l’évolution sous l’effet du déplacement chimique tout en conservant la sensibilité des hauts champs pour la détection. La mesure des vitesses de relaxation, constitue un outil de choix pour la caractérisation de la dynamique sur des échelles de temps allant de la pico- à la seconde, et plus. Nous présentons ici des outils pour analyser la dépendance en champs magnétique de vitesses de relaxation enregistrées sur une large gamme de champs magnétiques. Enfin, nous présentons quelques modèles de mouvements prenant en compte la nature des mouvements dans les protéines. En particulier, nous montrons l’existence d’un mécanisme de relaxation associé à des différences de CSA (Chemical Shift Anisotropy) dans les chaînes latérales aliphatiques.

Feline Immunodeficiency Virus (FIV) is a lentivirus such as Human Immunodeficiency Virus. This virus is a threat for veterinary medicine, and it infects wild and domestic feline species. Between 5 and 10 % of domestic cats are infected worldwide and all feline species are concerned by FIV, each type of FIV adapted to a host species. Infection by FIV leads to an immune deficiency similar to acquired immunodeficiency syndrome induced by HIV among human beings. There is currently no efficient drug against FIV. FIV virion is constituted by supramolecular structures which protect its genome, composed of a dimer of genomic RNA. The capsid is one of these structures and it contains and protects the genome. Reverse transcription occurs inside the capsid and the capsid helps integrate the viral genome into the cellular genome. The capsid protects the genomic RNA from degradation and viral RNA sensing by the antiviral restriction proteins. The viral capsid is an assembly of the capsid protein subunit, CA or p24. This protein assembles as pentamers or hexamers, which finally assemble to form the capsid. It interacts with other cellular partners. These interactions are well described for HIV-1, the most studied species of the lentivirus genus, but little is known for FIV. This ability to assemble helps for the budding of the virions at the plasma membrane and for the formation of supramolecular structures during maturation of the virion. The capsid stability inside the infected cell has a dual behavior, between the protection of the viral genome and its uncoating for the liberation of the genome after reverse transcription. These two behaviors show that capsid is a good therapeutic target. Inhibiting the capsid assembly or its uncoating are two approaches to interfere with the capsid and design drugs against FIV. Compounds which interact with the HIV-1 capsid are currently under clinical trials. As part of a collaboration with a Uruguayan research team, we identified a molecule which interferes with the FIV capsid assembly in vitro. We identified a specific binding of the compound on FIV p24, under its monomeric form. We measured the binding affinity and characterized the binding site of the compound. For the chacracterization of the binding site, we opted for the use of NMR and to do so, we needed the NMR assignment of the protein. Tis assignment had not been done previously and we performed it. We showed that the binding mechanism is similar as the drugs targeting HIV-1 p24 currently under clinical trials. These compounds exhibit a competition for the binding on FIV p24 with cellular proteins interacting with HIV-1 capsid, such as the nucleoporins. This competition could inhibit the entry of the viral genome into the nucleus. Considering these data on HIV-1 and our own experimental results on FIV capsid, we testes if the feline nucleoporins, homologous to the human nucleoporins binding HIV-1 capsid, could bind the FIV capsid and we characterized a binding of these feline nucleoporins on FIV p24. This suggests a mechanism shared among the lentiviruses for the entry into the nucleus through their capsid. This work represents the first steps for the identification of efficient and at low costs of synthesis drugs from screenings of derivatives of our structural guide, for the needs of veterinary medicine., Le virus de l’immunodéficience féline (Feline immunodeficiency virus, FIV) est un lentivirus, comme le virus de l’immunodéficience humaine. Il représente un enjeu de la médecine vétérinaire, aussi bien pour les animaux domestiques que sauvages. Il infecte entre 5 et 10 % des chats domestiques dans le monde, et l’ensemble des espèces félines est concerné par le FIV, dont les différents types sont chacun adaptés à une espèce hôte. L’infection au virus conduit à une immunodéficience similaire au syndrome d’immunodéficience acquise induite par le virus de l’immunodéficience humaine chez l’Homme. Il n’existe à ce jour aucun traitement efficace contre le FIV. Le FIV est constitué de structures supramoléculaires, protégeant son génome sous forme d’ARN génomique. La capside est une de ces structures et contient le génome viral. La capside protège le génome jusqu’à la réalisation de la rétrotranscription et participe à l’entrée du génome dans le noyau et à l’intégration du génome viral dans le génome cellulaire. La protection de l’ARN génomique avant la rétrotranscription prévient la détection de l’ARN viral par les protéines de restriction antivirale et sa dégradation. La capside virale est un assemblage d’une protéine sous-unitaire, la protéine de capside, CA ou p24, qui s’assemble en pentamères ou hexamères qui s’assemblent ultimement pour former la capside. La capside interagit avec de nombreux partenaires cellulaires. Ces interactions sont très bien décrites pour le VIH-1, l’espèce virale la plus étudiée du genre des lentivirus, mais sont moins bien caractérisées chez le FIV. Cette capacité à s’assembler de cette façon est requise au moment du bourgeonnement des virions à la membrane plasmique, et lors du réassemblage des sous-unités lors de la maturation du virion. La stabilité de la capside à l’intérieur de la cellule infectée a une ambivalence, entre la protection du génome viral, et la nécessité du désassemblage de la capside pour la libération du génome viral sous sa forme ADN. Ce double comportement montre en quoi la capside est une bonne cible thérapeutique. Perturber l’assemblage ou le stabiliser sont deux approches possibles pour interférer avec la capside et mettre au point des composés actifs contre l’infection au FIV. Pour le traitement du VIH-1, des composés interagissant avec la capside virale sont en cours d’essais cliniques. Dans le cadre d’une collaboration avec une équipe Uruguayenne , nous avons identifié une molécule interférant avec l’assemblage de la capside du FIV in vitro. Nous avons mis en évidence une fixation spécifique de la molécule sur FIV p24, sous sa forme monomérique. Nous avons mesuré l’affinité du composé pour FIV p24 et caractérisé son site de fixation. Pour la caractérisation de ce site de fixation, nous avons choisi d’utiliser la RMN et pour cela, nous avions besoin de l’attribution RMN de la protéine qui n’avait pas été faite préalablement, que nous avons ainsi réalisée. Nous avons montré que le mécanisme de fixation de notre composé est similaire à celui des traitements en cours d’essais cliniques contre VIH-1 p24. Ces molécules agissent par une compétition pour la fixation sur VIH 1 p24 avec des protéines cellulaires interagissant avec la capside du VIH-1, telles les nucléoporines, et cette compétition inhiberait l’entrée du génome viral dans le noyau. Avec ces données décrites chez le VIH-1 et nos résultats expérimentaux sur la capside du FIV, nous avons cherché si les nucléoporines félines, homologues aux nucléoporines humaines se liant à la capside du VIH-1, pouvaient se lier à la capside du FIV et avons montré une affinité de ces nucléoporines pour FIV p24. Cela soutient l’idée d’un mécanisme commun d’entrée des lentivirus dans le noyau des cellules infectées via leur capside. À terme, le criblage de molécules dérivées de notre molécule guide pourrait permettre l’identification de composés efficaces et peu chers à produire pour la médecine vétérinaire.

Determining the structures, dynamics and interactions between diverse biomolecules are essential information for the understanding of their diverse biological functions. Nuclear magnetic resonance spectroscopy is a unique tool to investigate molecular conformation and motions over a large range of timescales. In this thesis, we present our work of investigating complex biomolecular system using advanced NMR methods.We used high-resolution NMR relaxometry to identify interactions between metabolites and macromolecules in complex biological samples. The method is based on the measurement and analysis of longitudinal relaxation rates over three orders of magnetic field with high-resolution detection. This approach was first developed and validated on a model sample, then applied to biological fluids relevant for metabolomics studies: human blood plasma and serum. The size dispersion of macromolecules in human blood was estimated with Fast Field Cycling NMR. Identified metabolites revealed different features in high-resolution relaxation dispersion profiles. The interactions of some metabolites with macromolecules were characterized. Furthermore, we show that relaxation dispersion profiles are sensitive to competitive binding between small molecules. In parallel, we implemented different isotope labeling methods and NMR strategies to study two different proteins. Full length human XLF protein was analyzed by high-resolution NMR. Its intrinsically disordered region was assigned and its interaction with DNA was characterized for the first time by NMR. We also explored challenging selective isotope labeling on S. cerevisiae polymerase η., La détermination des structures, de la dynamique et des interactions entre diverses biomolécules sont des informations essentielles pour comprendre leurs diverses fonctions biologiques. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire est un outil unique pour étudier la conformation et les mouvements sur une large gamme d'échelles de temps. Ici, nous présentons nos travaux d'exploration de systèmes biomoléculaires complexes à l'aide de méthodes RMN avancées.Nous avons utilisé la relaxométrie RMN à haute résolution pour identifier les interactions entre les métabolites et les macromolécules dans des échantillons biologiques complexes. La méthode est basée sur la mesure et l'analyse des taux de relaxation longitudinale sur trois ordres de champ magnétique avec détection haute résolution. Cette approche a d'abord été développée et validée sur un échantillon modèle, puis appliquée à des fluides biologiques pertinents pour les études métabolomiques. Les métabolites identifiés ont révélé différentes caractéristiques dans les profils de dispersion de relaxation à haute résolution. Les interactions de certains métabolites avec les macromolécules ont été caractérisées. De plus, nous montrons que les profils de dispersion de relaxation sont sensibles à la liaison compétitive entre les petites molécules.Nous avons aussi étudié deux protéines en utilisant différentes méthodes de RMN à haute résolution. La région intrinsèquement désordonnée de la protéine XLF humaine a été attribuée et son interaction avec l'ADN a été caractérisée pour la première fois par RMN. Nous avons également exploré la difficulté du marquage sélectif des isotopes sur la polymérase η de S. cerevisiae.

International audience; Selection for prolificacy and lean growth in swine has been associated with a substantial increase in piglet mortality. The first 24-48 hours after birth represent the most critical period. A major determinant for early survival is piglet maturity at birth, which relies strongly on maturation during the last month of gestation. The objective of the current study was to compare progeny from Large White and Meishan sows to describe the metabolic status of their fetuses. These two breeds differ in piglet survival. Thirty-nine sows were inseminated with mixed semen and anesthetized at 90 or 110 days after conception (mean gestation: 114 days). Their fetuses (mean = 15.7 per sow) were quickly removed by caesarean section, and this study focused on plasmatic, urinary and amniotic liquid metabolomes (1H-NMR) of 507-604 fetuses. Raw 1D Bruker spectral data files were treated with ASICS, an R package available on Bioconductor. ASICS allowed for direct identification and quantification of ca. 90 metabolites from a library of 190 metabolites, with 63-68 metabolites per fluid, of which 39 were common to the three fluids. Mixed models were applied to the quantification results to explain differences between gestational stages and fetal genotypes. A total of 55 metabolites for plasma, 37 for urine and 46 for amniotic liquid were found to be differential (FDR < 0.05). The results provide new insights into biological pathways involved in piglet maturation. In particular, we found large differences in metabolite concentrations between the two stages of gestation and betweenthe fetal genotypes for certain amino acids and sugars in plasma.; La sélection pour la prolificité chez le porc a été associée à une augmentation importante de la mortalité périnatale. Les premières 24-48 heures après la naissance représentent la période la plus critique. Un facteur déterminant pour la survie est la maturité à la naissance, très dépendante du développement foetal en fin de gestation.Notre objectif est ici de comparer le statut métabolique de porcelets descendant de Large White et Meishan qui sont deux races qui diffèrent en terme de survie et de vitalité néonatales. Trente-neuf truies ont été anesthésiées à 90 et 110 jours de gestation. Leurs foetus ont été extraits par césarienne et cette étude s'est concentrée sur les métabolomes plasmatique, urinaire et du liquide amniotique de 610 foetus. Les spectres de RMN 1H ont été analysés avec le package R ASICS qui permet d'identifier et de quantifier les métabolites présents dans un spectre. Environ 60 métabolites par fluide ont été identifiés et 39 sont communs aux trois métabolomes. Une analyse statistique multivariée et des modèles mixtes ont été réalisés pour identifier les différences significatives entre les stades gestationnels et les races. Les résultats permettent de mettre en évidence les voies métaboliques impliquées dans la maturité des porcelets : à 90 jours de gestation les métabolites nécessaires à la prolifération cellulaire sont plus abondants qu'à 110 jours où ce sont les métabolites impliqués dans le métabolisme énergétique qui sont les plus abondants. De plus, des métabolites associés à ces voies comme le myo-inositol ou le glucose, ont des concentrations significativement différentes entre les deux races ce qui tendrait à expliquer des différences de maturité.

Les méthodes le plus couramment utilisées pour l’identification de provenance des marbres reposent sur l’observation macroscopique, l’étude pétrographique, la réponse en cathodoluminescence et les analyses isotopiques de l’18O et du 13C. À cette stratégie, une caractérisation à l’échelle moléculaire, voire atomique, peut apporter un complément d’information permettant l’identification de sa provenance. Dans cette présentation, nous vous proposons de découvrir une méthode complémentaire qui, alliée aux méthodes traditionnelles et à la comparaison avec un référentiel géologique, permet de confirmer l’origine géographique du marbre, voire même de préciser la carrière d’où le bloc était extrait à l’occasion de la facture de l’objet. La Résonance Magnétique Nucléaire, ou RMN, s’intéresse, en effet, à une propriété intrinsèque de certains noyaux chimiques, le spin nucléaire, qui, lorsqu’ils sont disposés dans un champ magnétique intense, ont, sous l’action d’un champ radiofréquence adapté, une réponse traduisant leur environnement chimique. Après la présentation de quelques éléments clefs permettant de comprendre en quoi la RMN peut servir l’archéométrie, notamment dans l’identification de provenance de marbres, quelques exemples pour lesquels cette stratégie analytique a été efficace seront présentés., Pianet Isabelle, Gutiérrez García-Moreno Anna, Lapuente Mercadal Pilar. Approche archéométrique pour l’identification de la provenance des marbres blancs. In: Aquitania : une revue inter-régionale d'archéologie, tome 36, 2020. pp. 289-300.

Human respiratory syncytial virus (hRSV) is the main pathogen responsible for bronchiolitis. The RNA polymerase complex (RdRp) of hRSV, necessary for the replication of its genome, is composed at least of the catalytic subunit (L), its main cofactor phosphoprotein (P) and nucleoprotein (N), which encapsidates the viral genome. At the heart of my doctoral project was the dynamic and structural study of domains of the proteins N and P of the hRSV as well as of their interactions with several cellular proteins, mainly by nuclear magnetic resonance.Firstly, I studied a potential interaction between 2 domains belonging to the N protein and to the Tax1BP1 cellular protein involved notably in regulation of autophagy. Secondly, I undertook a structural and dynamic study of isolated hRSV-P in order to determine transient contacts within the protein and to obtain the three-dimensional structure of the P oligomerization domain. Last, I participated in the characterization of the interaction between the hRSV-P protein and the hRSV transcription cofactor hRSV-M2-1, and between hRSV P and the cellular phosphatase PP1α to map the contact regions.; Le virus respiratoire syncytial humain (hRSV) est le principal agent pathogène responsable des bronchiolites. Le complexe ARN polymérase (RdRp), du hRSV, nécessaire à la réplication de son génome, est composé a minima de la sous-unité catalytique (L), de son principal cofacteur qu’est la phosphoprotéine (P) et de la nucléoprotéine (N) qui assure l’encapsidation du génome viral. Le cœur de mon projet doctoral a été l’étude dynamique et structurale de domaines des protéines N et P du hRSV ainsi que leurs interactions avec certaines protéines cellulaires principalement par résonance magnétique nucléaire.Dans un premier temps j’ai étudié une potentielle interaction entre 2 domaines appartenant à la protéine N et à la protéine cellulaire Tax1BP1 impliquée notamment dans la régulation de l’autophagie. Ensuite, j’ai entrepris une étude structurale et dynamique de hRSV-P isolée notamment dans le but de déterminer des contacts transitoires au sein de la protéine et d’obtenir la structure tridimensionnelle du domaine d’oligomérisation de P. Enfin, j'ai participé à la caractérisation de l’interaction entre la protéine hRSV-P et le cofacteur de transcription du hRSV hRSV-M2-1, puis entre hRSV P et la phosphatase cellulaire PP1α, afin d’en cartographier les régions de contacts.

Human respiratory syncytial virus (hRSV) is the main pathogen responsible for bronchiolitis. The RNA polymerase complex (RdRp) of hRSV, necessary for the replication of its genome, is composed at least of the catalytic subunit (L), its main cofactor phosphoprotein (P) and nucleoprotein (N), which encapsidates the viral genome. At the heart of my doctoral project was the dynamic and structural study of domains of the proteins N and P of the hRSV as well as of their interactions with several cellular proteins, mainly by nuclear magnetic resonance.Firstly, I studied a potential interaction between 2 domains belonging to the N protein and to the Tax1BP1 cellular protein involved notably in regulation of autophagy. Secondly, I undertook a structural and dynamic study of isolated hRSV-P in order to determine transient contacts within the protein and to obtain the three-dimensional structure of the P oligomerization domain. Last, I participated in the characterization of the interaction between the hRSV-P protein and the hRSV transcription cofactor hRSV-M2-1, and between hRSV P and the cellular phosphatase PP1α to map the contact regions., Le virus respiratoire syncytial humain (hRSV) est le principal agent pathogène responsable des bronchiolites. Le complexe ARN polymérase (RdRp), du hRSV, nécessaire à la réplication de son génome, est composé a minima de la sous-unité catalytique (L), de son principal cofacteur qu’est la phosphoprotéine (P) et de la nucléoprotéine (N) qui assure l’encapsidation du génome viral. Le cœur de mon projet doctoral a été l’étude dynamique et structurale de domaines des protéines N et P du hRSV ainsi que leurs interactions avec certaines protéines cellulaires principalement par résonance magnétique nucléaire.Dans un premier temps j’ai étudié une potentielle interaction entre 2 domaines appartenant à la protéine N et à la protéine cellulaire Tax1BP1 impliquée notamment dans la régulation de l’autophagie. Ensuite, j’ai entrepris une étude structurale et dynamique de hRSV-P isolée notamment dans le but de déterminer des contacts transitoires au sein de la protéine et d’obtenir la structure tridimensionnelle du domaine d’oligomérisation de P. Enfin, j'ai participé à la caractérisation de l’interaction entre la protéine hRSV-P et le cofacteur de transcription du hRSV hRSV-M2-1, puis entre hRSV P et la phosphatase cellulaire PP1α, afin d’en cartographier les régions de contacts.

Oviductal extracellular vesicles (oEVs) have been proposed as key modulators of gamete/embryo maternal interactions. The aim of this study was to examine the metabolite content of oEVs and its regulation across the estrous cycle in cattle. Oviductal EVs were isolated from bovine oviducts ipsilateral and contralateral to ovulation at four stages of the estrous cycle (post-ovulatory stage, early and late luteal phases, and pre-ovulatory stage). The metabolomic profiling of EVs was performed by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). NMR identified 22 metabolites in oEVs, among which 15 were quantified. Lactate, myoinositol, and glycine were the most abundant metabolites throughout the estrous cycle. The side relative to ovulation had no effect on the oEVs&rsquo, metabolite concentrations. However, levels of glucose-1-phosphate and maltose were greatly affected by the cycle stage, showing up to 100-fold higher levels at the luteal phase than at the peri-ovulatory phases. In contrast, levels of methionine were significantly higher at peri-ovulatory phases than at the late-luteal phase. Quantitative enrichment analyses of oEV-metabolites across the cycle evidenced several significantly regulated metabolic pathways related to sucrose, glucose, and lactose metabolism. This study provides the first metabolomic characterization of oEVs, increasing our understanding of the potential role of oEVs in promoting fertilization and early embryo development.

Protein-protein interaction is considered as an important field of research, as it is the key to control variable cell processes and pathways. In eucaryotic cells, multidomain proteins (MDPs), which consist of more than one domain, take up over 70 % of the pool. Those identical or different domains of a MDP are connected to each other by a linker of variable length and flexibility. For long flexible linker, it allows the protein to sample a wide range of conformation and to adjust interaction in a subtle way. Despite numerous efforts of research on the field, some issues remain unanswered or require further investigation. As part of this thesis, my work aims to define the role taken by the intrinsically disordered linker within MDPs. For that purpose, the STAM2 (Signal transducing adapter molecule 2) protein of the ESCRT (Endosomal Sorting Complexes Required for Transport) machinery was chosen to examine the effect of the flexibility and dynamics of the linker regions on the molecular recognition with ubiquitin and Lysine63-linked di-ubiquitin (K63-Ub2). Such efforts were carried out by designing specific mutants altering the linker regions in different ways. The various truncated versions undergo half or complete deletion of a domain or have their linker either shortened, deleted or modified in the amino acid composition. With a combination of the several biophysical methods namely NMR (Nuclear Magnetic Resonance) spin relaxation, SAXS (Small Angle X-ray Scattering) and CD (Circular Dichroism), the study has demonstrated that the alteration in the linker region modifies the flexibility and the dynamics of the protein, one among them possibly introduces slight change in conformation. Furthermore, the modification of the linker has an impact on the inter-domain motion and alter binding affinities between STAM2 constructs and di-ubiquitin without affecting domains integrity or binding sites. In brief, disordered linkers provide plasticity to the protein, which allow adaptability and specificity to molecular recognition process. As a further application, the linkers included in multidomain proteins could also be the next generation of druggable target as their modification may reduce or completely abolish interactions, Les interactions protéine-proteine sont considérées comme un domaine de recherche important puisqu’elles contrôlent la plupart des processus cellulaires. Chez les cellules eucaryotes, les protéines multi-domaines (MDP), constituées d’au moins deux domaines, représentent plus de 70 % des protéines. Au sein d’une MDP, ces domaines peuvent être identiques ou différents et sont reliés par un segment intrinsèquement désordonné de longueur et de flexibilité variable. Ces protéines peuvent alors adopter de multiples conformations dans l’espace et interagir de manière spécifique avec leurs partenaires biologiques. Malgré de nombreux efforts de recherche dans le domaine, certaines questions restent encore non résolues ou nécessitent une étude approfondie. Mon projet de recherche est d’étudier et de définir le rôle des segments intrinsèquement désordonnés de la protéine STAM2 (Signal transducing adapter molecule 2) impliquée dans la machinerie ESCRT (Endosomal Sorting Complexe Required for Transport) , première étape dans le processus de dégradation lysosomale. Plus précisément, l’étude se focalise sur les effets de la flexibilité et la dynamique de ces segments dans le cas du processus de reconnaissance moléculaire entre STAM2 et l’ubiquitine ou di-ubiquitine. Différents mutants ont alors été conçus : soit avec un domaine totalement ou partiellement supprimé, soit avec un raccourcissement ou une suppression complète du segment ou soit avec de multiples mutations dans la séquence peptidique du segment. Ces différents construits ont été analysés en utilisant une combinaison de techniques biophysiques telles que la relaxation de spin par résonance magnétique nucléaire (RMN), la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et le dichroïsme circulaire (CD). Il a alors été démontré qu’une altération du segment désordonné peut entraîner un changement de la dynamique de la protéine et/ou un changement conformationnel. La modification de ce segment influe sur le mouvement inter-domaine et modifie l’affinité entre les construits de STAM2 et la di-ubiquitine sans modifier l’intégrité de chaque domaine et de leur site de liaison. En résumé, les segments intrinsèquement désordonnés procurent une certaine plasticité à la protéine ce qui lui permet de s’adapter et de remplir sa fonction biologique. Il est alors possible d’imaginer dans un futur proche que ces segments soient la nouvelle génération de cibles thérapeutiques pouvant réduire ou supprimer certaines interactions nocives

TCTP is a small (20~kDa) globular protein that interacts with many partners with consequences in various cellular and physiological functions, with well-documented roles in tumoral reversion program. Cells that undergo such program spontaneously loose their malignant phenotype and recover characteristics associated with benign cells, such as apoptosis. In cancer cells, TCTP inhibits MDM2 degradation, thus decreasing p53 levels and favoring tumor maintenance and progression. TCTP also contains a BH3-like motif known to regulate Bcl-2 family members and TCTP directly interacts with Bcl-xL and Mcl-1 to reinforce their pro-survival properties. In TCTP structure, the BH3-like motif is not readily accessible for interaction. Consistently with its importance in tumor maintenance, TCTP is a validated pharmacological target in cancer treatment with ongoing clinical trials using the TCTP-targeting antidepressant drug sertraline. However, little is known about TCTP structure in complex with partners, thus impeding the development of drugs and the understanding of how TCTP could adapt to its myriad of partners. Thus, we investigated the molecular mechanism by which TCTP associates with proteins and ligands using various biophysical methods (NMR, SAXS, CD, SEC, DSF...). We have demonstrated that full length TCTP binds to Bcl-xL and Mcl-1 in their BH3-binding groove. In the complexes, the TCTP BH3-like region is engaged in the intermolecular interface and the core TCTP structure is destabilized into a molten-globule (MG) state. We further showed that only a minor pre-existing form of TCTP, namely TCTP*, is competent for interactions with the Bcl-2 protein partners. In TCTP*, the BH3-like region is unpinned and accessible to Bcl-xL/Mcl-1 proteins and the core structure is also in MG state. We also collected preliminary interaction data between TCTP and sertraline, RNA, the RNA binding YB-1 protein and the MDM2 N-terminal domain. Finally, we characterized the Plk-1-mediated S46 phosphorylated TCTP (pTCTP), a marker of tumor aggressivity and its interaction properties. Overall, this work established the structural versatility of TCTP that is mandatory to exert its cellular functions and this versatility should be taken into account in drug-design strategies targeting TCTP., TCTP est une petite protéine globulaire (20~kDa) qui interagit avec de nombreux partenaires et qui est impliquée dans diverses fonctions cellulaires et physiologiques, avec un rôle bien documenté dans la réversion tumorale qui est un phénomène rare et spontané où une cellule cancereuse perd tout ou partie de son phénotype malin et retrouve des caractéristiques associées aux cellules bénignes telles que la sensibilité à l'apoptose. Dans les cellules cancéreuses, TCTP inhibe la dégradation de MDM2, diminuant ainsi les niveaux de p53 et favorisant le maintien et la progression du cancer. TCTP contient également un motif BH3-like connu pour réguler les membres de la famille Bcl-2 et elle interagit directement avec Bcl-xL et Mcl-1 pour renforcer leurs propriétés anti-apoptotiques. Dans la structure TCTP, le motif BH3-like n'est pas facilement accessible pour une interaction avec un partenaire. Conformément à son importance dans le maintien de la tumeur, TCTP est une cible pharmacologique validée dans le traitement du cancer et fait l’objet d’essais cliniques en cours avec une molécule d'abord connue comme anti-depresseur, la sertraline. Cependant, on en sait peu sur la structure de TCTP en complexe avec ses partenaires, ce qui entrave le développement de médicaments et ne permet pas de comprendre comment TCTP peut s'adapter à une telle variété de partenaires. Ainsi, nous avons étudié le mécanisme moléculaire par lequel TCTP s'associe à des protéines et à des ligands en utilisant diverses méthodes biophysiques (RMN, SAXS, CD, SEC, DSF...). Nous avons démontré que la protéine TCTP se lie à Bcl-xL et à Mcl-1 dans le sillon de liaison des motifs BH3. Dans les complexes, la région BH3-like est engagée dans l'interface intermoléculaire et la structure centrale de TCTP est déstabilisée dans un état de globule fondu (molten-globule). Nous avons en outre montré que seule une forme mineure pré-existante de TCTP, à savoir TCTP*, est compétente pour les interactions avec les partenaires Bcl-xL et Mcl-1. Dans TCTP*, la région BH3-like est détachée du domaine structuré et elle est accessible aux protéines Bcl-xL/Mcl-1 tandis qu'on retrouve un état globule fondu dans la partie globulaire de TCTP*. Nous avons également collecté des données d'interaction préliminaires entre TCTP et la sertraline, des ARN, la protéine YB-1 se liant à l'ARN et le domaine N-terminal de MDM2. Enfin, nous avons caractérisé TCTP phosphorylé (pTCTP) au résidu S46 en utilisant la Plk-1 car cette modification a un impact sur les interactions et est un marqueur de l'aggressivité tumorale. En résumé, ces travaux ont établi la versatilité de TCTP en terme de structure et ont montré que cette versatilité est indispensable pour exercer ses fonctions cellulaires. En conséquence, ceci devrait être pris en compte dans les stratégies de développement de nouvelles molécules thérapeutiques ciblant TCTP.