Dissertations / Theses: 'Biologie. Biophysique'

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Da, Silva Figueiredo Celestino Priscila. "Étude des mécanismes oncogéniques d'activation et de résistance des récepteurs tyrosine kinase de type III." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015DENS0026/document.

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Abstract:

Les récepteurs tyrosine kinase (RTKs) CSF-1R et KIT sont médiateurs importants de la signalisation cellulaire. Leur fonction basale est altérée par des mutations associées à divers types de cancer. Ces mutations modifient également leur sensibilité à l’imatinib, utilisé en clinique dans le traitement des cancers. Dans cette thèse, nos objectifs sont (i) étudier les effets structuraux et dynamiques induits par la mutation D802V chez CSF-1R; (ii) caractériser l’affinité de l’imatinib aux formes sauvages (WT) et mutés de KIT (V560G, S628N et D816V) et CSF-1R (D802V). Par simulations de Dynamique Moléculaire (DM), nous avons montré que la mutation D802V interrompt la communication allostérique entre la boucle d’activation et le domaine auto-inhibiteur juxtamembranaire (JMR). Néanmoins, cette rupture n’est pas suffisante pour induire le départ du JMR. L’effet subtil de la mutation chez CSF-1R a été attribué aux différences de séquence primaire entre KIT et CSF-1R dans la région du JMR. L’affinité de l’imatinib aux différentes cibles a été calculée par simulations de docking, DM et calculs d’énergie de liaison. Les interactions électrostatiques constituent la force motrice de la résistance, les mutations D802/816V étant les plus délétères en termes d’énergie. Comme conclusion générale, nous avons établi que la mutation D802V chez CSF-1R n’entraine pas les mêmes effets structuraux provoqués par la mutation D816V chez KIT. En outre, l’étude des deux récepteurs dans leurs formes WT et mutés complexés avec l’imatinib indiquent que le changement structural induit par les mutations associé aux interactions électrostatiques avec le ligand expliqueraient le phénomène de résistance
The receptors tyrosine kinase (RTKs) CSF-1R and KIT are important mediators of signal transduction. Their normal function is altered by gain-of-function mutations associated with cancer diseases. A secondary effect of the mutations is the alteration of receptors’ sensitivity imatinib, employed in cancer treatment. Our goals in this thesis consist of (i) study the structural and dynamical effects induced by the D802V mutation in CSF-1R; (ii) characterize imatinib’s affinity to the wild-type (WT) and mutant forms of KIT (V560G, S628N and D816V) and CSF-1R (D802V). By means of molecular dynamics (MD) simulations, we have shown that the D802V mutation disrupts the allosteric communication between the activation loop and the auto-inhibitory juxtamembrane (JMR) domain. However, this rupture is not sufficient to induce the JMR’s departure. The subtle effect of this mutation in CSF-1R was associated with differences in the primary sequence between CSF-1R and KIT in the JMR region. The affinity of imatinib to the different targets was estimated by docking, DM and binding energy calculations. The electrostatic interactions showed to be the main force driving the resistance, with mutations D802/816V being the most deleterious in energy contribution. As a general conclusion, we have established that the D802V mutation in CSF-1R does not provoke the same structural effects as its equivalent in KIT. In addition, the study of both receptors in their WT and mutant forms complexed with imatinib indicate that the conformational changes induced by the mutations allied to the electrostatic interactions with the ligand could explain the resistance phenomena

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Debouzy, Jean-Claude. "Étude par RMN des interactions drogues-membranes : application aux molécules d'ajoène, d'amphotéricine B et aux glucosyl phospholipides de nucléotides." Paris 6, 1989. http://www.theses.fr/1989PA066584.

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Abstract:

Notre travail montre que les spectoscopies RMN et RPE combinées à l'utilisation de différents systèmes membranaires modèles peuvent, en association avec des expériences sur des systèmes vivants, contribuer à : 1) La compréhension du mécanisme d'action des drogues au sein de la membrane lorsque celle-ci représente le site actif. Un premier exemple, représenté par la molécule d'ajoène, met en évidence un fludifiant aspécifique de la phase profonde de la membrane. Dans le deuxième exemple, l'amphotéricine B, est présentée l'étude de la spécificité antifongique de ces antibiotiques liée à l'activité ionophore, celle-ci elle-même conditionnée par l'association moléculaire avec les stérols de membrane ; 2) L'élaboration de transporteurs transmembranaires de drogues lorsque la membrane constitue l'obstacle à franchir. Les conditions requisent pour le transport de nucléotides modifiés, antiviraux par un phosphotriester ont été établies selon ces méthodes.

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Parent, Benjamin. "Algorithmes d'optimisation et d'analyse des problèmes multidimensionnels non-linéaires en biologie et biophysique." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00196740.

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Abstract:

La complexité du vivant est omniprésente à toutes les échelles : des interactions entre molécules individuelles aux réseaux d'interactions permettant à la cellule d'assurer ses fonctions vitales et de répondre aux stimuli. Cette thèse se veut être une application des outils de l'Automatique et de l'Informatique à certaines questions de la Biologie et Biochimie.
Pour cela, nous avons abordé le problème via deux aspects : le premier concerne la modélisation des interactions moléculaires en vue de prédire les modes de fixation et les affinités entre molécules. Puisque ces estimations nécessitent de considérer la flexibilité des acteurs, nous avons abordé, en premier lieu, la prédiction des conformations moléculaires qui reste un challenge majeur, caractérisé par ses aspects multimodal et de grandes dimensions. Nous avons alors développé une suite d'heuristiques autour d'un algorithme génétique central. Les paramètres de contrôle et les stratégies d'hybridation sont pilotés par un méta-algorithme permettant d'optimiser la recherche. En outre, des stratégies innovantes de parallélisation sur grilles d'ordinateurs ont été validées afin de réduire les temps de calculs. Enfin, pour entreprendre l'étude des conformations de plusieurs molécules, nous avons développé des algorithmes de criblage rapides basés sur la comparaison d'indices topologiques.
Nous avons également étudié un autre aspect en modélisant formellement certains graphes d'interactions, ceci à une toute autre échelle : celle des concentrations des molécules. Nous avons alors mis en évidence l'impact des modes d'interactions moléculaires sur la dynamique globale.

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Benzina, Ouafa. "Etude biophysique de la régénération de neurones périphériques." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20001/document.

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Abstract:

Les pathologies du système somatosensoriel, appelées neuropathies sensitives périphériques, touchent environ 3 millions de personnes en France et causent des déficits sensoriels multiples. Parmi elles, les douleurs neuropathiques post traumatiques sont les plus fréquentes et sont souvent chroniques et résistantes aux traitements actuels. Une lésion nerveuse périphérique induit des réponses cellulaires permettant la survie et la régénération de ces neurones. Les ganglions rachidiens dorsaux (DRG) contiennent une variété de neurones sensitifs qui transmettent les stimuli somatiques. Suite à une blessure du nerf périphérique les neurones sensitifs s'adaptent à un nouvel environnement pour réussir leur élongation axonale. Parmi les mécanismes cellulaires conduisant à une croissance neuritique améliorée, il a été démontré qu'une lésion primaire in vivo du nerf augmente la régénération axonale suite à une deuxième lésion. In vitro, les neurones qui ont été conditionnés par le premier traumatisme montrent une croissance neuronale plus rapide et plus élonguée appelée croissance régénérative. L'élasticité est un paramètre déterminant des propriétés mécaniques de la membrane cellulaire. Elle donne des informations importantes sur la santé et la fonction de la cellule. Le microscope à force atomique (AFM) est devenu de nos jours un outil commun pour l'imagerie à haute résolution de matériaux biologiques puisque les cellules vivantes peuvent être imagées dans leurs conditions physiologiques. En plus du rôle des propriétés élastiques dans le processus de régénération, l'organisation structurale des tissus est en grande partie déterminante du degré et de la direction de croissance et du mouvement cellulaire. Le guidage de la croissance par la modification des surfaces ou « patterning » est possible avec la technique de « microcontact printing » qui permet la conception de circuits de protéines avec des géométries bien définies. Les protéines de la matrice extracellulaire. Dans la première partie de la thèse nous avons mis en évidence les propriétés mécaniques de la membrane de neurones sensitifs issus de DRG de souris adultes suite à une lésion du nerf sciatique gauche. Les neurones sensitifs conditionnés montrent un mode de croissance neuritique plus rapide et plus élonguée, moins de branchements neuritiques et plus de souplesse membranaire des somas et des cônes de croissance. Dans un deuxième volet du travail nous avons réussi à normaliser la pousse régénérative et l'activité électrique des neurones sensitifs et motoneurones spinaux en utilisant le patterning des protéines d'adhésion cellulaire (ECM) dans le but d'imiter la croissance longitudinale in vivo
Peripheral nerve injuries lead to paralysis, anesthesia and lack of autonomic control of the affected body areas. The trauma results in loss of motor and sensory functions conveyed by the involved nerves. This process is referred to as Wallerian degeneration; it creates a microenviroment in the injury site that favors neurites regrowth. The increased intrinsic growth capacity of injured peripheral neurons is manifested experimentally by the conditioning lesion paradigm. Axotomy of a peripheral neuron previous to the test lesion, ‘‘primes'' the neuron, switches it on to a regenerative state and, thus, it will regenerate faster after receiving the second injury. Mechanical interactions play a key role in many processes associated with neuronal growth and development. Membrane cytoskeleton elasticity is a determining parameter of membrane mechanical properties and provides important information toward the health and function of the cell. For this reason the first objective of this thesis was to understand the conditioning injury effects on both morphology and rheological properties of live sensory neurons cell bodies and growth cones, using particularly the atomic force microscopy, and to correlate this to eventual modifications in the composition of the cytoskeletal proteins. In addition to the role of cell elastic properties and mechanical sensing in the regeneration process, the structural organization of tissues plays a major part in deciding the degree and direction of tissue growth and cell movement. The ability to guide cells and their outgrowth by modifying surfaces is possible with the microcontact printing technique which enables the design of protein pathways with experimentally defined geometries. Therefore, the second objective of the thesis was to modulate the regenerative growth of dorsal root ganglia sensory neurons and spinal motoneurons using cell adhesion proteins in order to physically mimic the in vivo longitudinal axonal growth. We used the extracellular matrix (ECM) proteins, ideal biomolecules for printing as they can guide in vitro the cellular adhesion, differentiation, migration. The patterning allowed us to normalize neurite elongation and electrical activity of sensory neurons before and after conditioning lesion

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Caillon, Lucie. "Etude biophysique de peptides amyloïdes en présence de membranes : caractérisation de leurs interactions et détermination de leurs structures." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066484.

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Abstract:

Le peptide amyloïde IAPP, impliqué dans le diabète de type 2, possède la propriété de s’agréger, passant d’un état monomérique initial à des fibres amyloïdes matures, via des espèces oligomériques. Ce processus d’agrégation, qui se produit au contact de la membrane, a été étudié par fluorescence, microscopie électronique, dichroïsme circulaire et RMN. Tout d’abord, l’influence du modèle membranaire a été mise en évidence, en termes de forme, taille (micelles, bicelles, SUV, LUV) et composition lipidique (chaînes et têtes différentes) sur les cinétiques d’agrégation et de changement conformationnel et sur la morphologie des fibres. Nous avons cherché à comprendre le rôle du cholestérol dans les interactions peptide/membranes, du point de vue du peptide et de la membrane, en utilisant des vésicules contenant entre 0 et 30% de cholestérol. Il a ainsi été observé qu’un pourcentage élevé de cholestérol semble accélérer la cinétique d’agrégation. De plus, des expériences de RMN liquide ont été réalisées dans le but de déterminer la structure du peptide IAPP en présence de bicelles. Les premiers résultats montrent que l’extrémité C terminale ne s’insère pas dans la membrane et possède une flexibilité importante. Enfin, le peptide IAPP a également été comparé à un peptide antimicrobien aux propriétés amyloïdes, la dermaseptine S9. Ces travaux indiquent que les mécanismes de fibrillation et de perméabilisation membranaire ne sont pas reliés et que le mode d’action de la dermaseptine S9 repose sur la formation de pores transitoires impliquant des espèces oligomériques
The amyloid peptide IAPP, which is implicated in type 2 diabetes mellitus, aggregates from an initial monomeric state to amyloid fibrils, via oligomeric species. Peptide aggregation, which takes place through membrane contact, was studied using fluorescence, electron microscopy, circular dichroism and NMR. The effect of membrane model was highlighted, in terms of shape, size (micelles, bicelles, SUV, LUV) and composition (lipid headgroups and acyl chains), on aggregation kinetics, conformational change kinetics and fibril morphology. Next, we wanted to elucidate the role of cholesterol in peptide/membranes interactions using vesicles composed of 0 to 30% cholesterol. High cholesterol content was shown to increase aggregation kinetics. Furthermore, IAPP in the presence of bicelles was studied by liquid state NMR in order to solve its structure under these conditions. First results indicate that the C terminus does not insert into the membrane and has an important flexibility. Finally, IAPP was compared with an antimicrobial and amyloid-like peptide, dermaseptin S9. This study shows that fibril formation and membrane permeabilisation mechanisms are not linked and that dermaseptin S9 binds to membrane in an aggregated state, maybe leading to the formation of a transient pore

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Shaik, Tajith Baba. "Etude biochimique, biophysique et structurale du mécanisme d'action et de l'inhibition sélective de l'histone désacétylase HDAC8." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAJ057.

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Abstract:

Les histones désacétylases (HDACs) sont les principales cibles des médicaments épigénétiques anticancéreux actuellement approuvés par la FDA. Les HDACs jouent aussi un rôle important dans l'homéostasie des pathogènes eucaryotes. Par conséquent, une stratégie pour lutter contre les maladies négligées causées par ces pathogènes est de modifier les médicaments épigénétiques actuellement approuvés qui ciblent les HDACs. HDAC8 de Schistosoma mansoni (smHDAC8) est une cible médicamenteuse valable pour traiter la schistosomiase, deuxième maladie négligée mortelle après le paludisme. Les différences structurales entre les poches catalytiques des HDAC8 humaine et smHDAC8 ont permis la conception d'inhibiteurs sélectifs des schistosomes qui se lient dans une poche sélective unique à HDAC8. Ce travail de thèse montre comment cibler sélectivement des isoformes HDAC l'aide de structures à résolution atomique, et ouvre la porte à l'étude du mode d'action de HDAC8 au niveau fondamental
Histone deacetylases (HDACs) are the major targets of currently FDA-approved anti-cancer epigenetic drugs. HDACs also play an important role in the homeostasis of eukaryotic pathogens. Hence, a strategy to tackle neglected diseases caused by these pathogens is to modify currently approved epigenetic drugs targeting HDACs. HDAC8 from Schistosoma mansoni (smHDAC8) was shown to be a valid drug target to treat schistosomiasis, second deadliest tropical disease after malaria. Structural differences between human HDAC8 and smHDAC8 catalytic pocket enabled the design of schistosome-selective inhibitors that bind in a HDAC8 selective pocket, which is unique to HDAC8 among the highly conserved HDAC isozymes. This thesis work shows how to target selectively related isoforms with the help of atomic resolution structures, and opens the door to the investigation of the mode of action of HDAC8 at the fundamental level

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Léger, Corentin. "Conception de protéines artificielles multidomaines." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS384.

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Abstract:

La création de nouvelles fonctions basées sur la reconnaissance protéique et sur l'assemblage de domaines est un enjeu majeur en biotechnologie et est un moyen de comprendre les relations structures/fonctions des protéines engagées dans des processus d'interactions. Aujourd’hui, des bibliothèques de protéines artificielles obtenues par ingénierie peuvent être sources de protéines aux propriétés de reconnaissance analogues à celles des dérivés d’anticorps.L’équipe Modélisation et Ingénierie des Protéines a ainsi construit une banque de protéines à motifs structuraux répétés appelées « alphaReps ». Les alphaReps présentent des propriétés remarquables en termes de production et de stabilité. Contrairement à la plupart des anticorps et dérivés d’anticorps, elles peuvent même s’exprimer sous forme fonctionnelle dans le cytoplasme de cellules eucaryotes. De tels objets peuvent donc maintenant être utilisés comme des briques élémentaires en vue d’une ingénierie modulaire. Ainsi la construction de nouvelles fonctions de reconnaissance optimisées tant au niveau de la spécificité que de l’affinité sera possible en réarrangeant et/ou dupliquant ces briques élémentaires.Un premier volet de ce projet de thèse a consisté à construire puis étudier les propriétés biophysiques de protéines bidomaines basées sur les alphaReps afin de mieux comprendre les comportements adoptés par de telles constructions. Outre l’aspect fondamental de cette question, cette étude donnera « les règles » pour moduler de façon contrôlée les interactions entre ces protéines. Les résultats montrent qu'il est possible de créer de nouvelles fonctions par simple ajout d'un linker entre deux alphaReps : avidité, coopérativité, changement de conformation.Dans un second temps, l’objectif a été de développer, à partir des protéines bidomaines précédemment étudiées, de nouveaux biosenseurs basés sur le FRET (Förster Resonance Energy Transfer) pouvant être utilisés in vivo et in vitro. Cette deuxième partie présente deux biosenseurs avec des limites de détection de l'ordre du nanomolaire. Les alphaReps utilisées dans ces constructions pouvant être changées en fonction de la cible souhaitée, il s'agit ici d'une preuve de concept pouvant être généralisée à n'importe quelle cible.Enfin la dernière partie de cette thèse s'est portée sur la conception et l'étude de nouveaux biosenseurs génétiquement codables. Ces biosenseurs présentent notamment l’avantage d’être utilisables immédiatement après production et ne nécessitent donc plus d’étape de couplage chimique. Les résultats obtenus montrent que la création de tels biosenseurs est possible mais qu’une optimisation reste encore nécessaire pour améliorer leur spécificité, leur stabilité et leur capacité de détection
The creation of new protein functions based on recognition and molecular assembly is not only a major goal in biotechnology but is also a means to understand the relation structure/function of proteins involved in interaction processes. Today, libraries of artificial proteins obtained by engineering can be a source of proteins with recognition properties similar to the properties of antibodies.The team Protein Engineering and Modeling has thus created a library of proteins with structural repeats called the “alphaReps”. The alphaReps present remarkable properties in terms of production and stability. Unlike most of the antibodies and their derivatives, they can even be expressed and functional in the cytoplasm of eukaryotic cells. Such objects can therefore be used as building bricks in modular engineering. The construction of new optimized recognition functions both in specificity and in affinity can then be possible by rearranging or duplicating these elementary bricks.The first part of this thesis project consisted in the construction and study of the biophysical properties of bidomain proteins based on alphaRep in order to have a better understanding of the behaviour of such constructions. Beside the fundamental aspect of this question, this study will give the “rules” to modulate the interactions between these proteins in a controlled way. The results show that it is possible to create new functions such as avidity, cooperativity, conformational change, simply by adding a linker between two alphaReps.In a second step, the goal was to develop, with the bidomain proteins previously studied, new biosensors based on the FRET (Förster Resonance Energy Transfer) which can be used in vivo and in vitro. This second part presents two biosensors with limits of detection in the nanomolar range. Since the alphaReps used in these constructions can be changed depending on the chosen target, it is a proof of concept which can be adapted to any desired target.Finally, the third part of this thesis focused on the development of genetically codable biosensors. These biosensors have the particular advantage of being usable directly after production and therefore no longer require a chemical coupling step. The results show that the development of such biosensors is worth considering but an optimization is still required in order to improve their specificity, their stability and their detection capacity

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Moreau, Adrien. "Le pore oméga, un défaut biophysique commun aux mutations des canaux Nav1.5 causant le développement des arythmies associées à la cardiomyopathie dilatée." Doctoral thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/27241.

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Abstract:

Les canaux sodiques dépendants du voltage (Nav) sont des protéines transmembranaires largement exprimées au sein de l’organisme. Ils sont responsables de l’initiation des potentiels d’action au niveau des cellules excitables et régissent ainsi de nombreuses fonctions physiologiques telles que les fonctions cognitives et sensorielles, les fonctions motrices et la fonction cardiaque. Au niveau du coeur, le sous-type Nav1.5 est majoritairement exprimé à la surface des cardiomyocytes. Leurs dysfonctions sont traditionnellement associées à de nombreux troubles électriques cardiaques. Des mutations de ces canaux ont récemment été reliées au développement d’un phénotype clinique complexe associant diverses arythmies et la cardiomyopathie dilatée (DCM), une atteinte morphologique. L’objectif de mon doctorat a donc été l’identification mais aussi la caractérisation d’un potentiel défaut biophysique commun à l’ensemble des mutations Nav1.5 associées au développement de ce phénotype clinique atypique. Premièrement, nous nous sommes intéressés à deux mutations des canaux Nav1.5 retrouvées chez des patients atteints de DCM, et dont les altérations biophysiques ont été décrites comme divergentes. L'étude parallèle de ces deux mutants nous a amenés à identifier une caractéristique commune : la création d’une nouvelle voie de perméation alternative au sein des canaux Nav1.5, le pore oméga. Dans un second temps, nous avons souhaité consolider l’association entre la création du pore oméga et le développement pathologique. Cette seconde étude portant sur deux autres mutants Nav1.5 a permis de confirmer l’apparition d’un pore oméga et ainsi d’accroître la suspicion du caractère délétère de ce pore oméga. Finalement, à l’aide d’une cinquième mutation des canaux Nav1.5, nous avons investigué les conséquences physiopathologiques de la création d’un pore oméga. Cette étude, a clairement démontré les conséquences néfastes d'un tel pore au niveau de l’homéostasie ionique cellulaire. Ces perturbations se répercutent par la suite sur les signaux électriques, les propriétés morphologiques mais aussi fonctionnelles des cardiomyocytes. Les études menées lors de mon doctorat ont ainsi abouti à l'identification du pore oméga comme étant une caractéristique biophysique commune aux mutations des canaux Nav1.5 associées au développement des arythmies et de la dilatation cardiaque.
Voltage gated sodium channels (Nav) are broadly expressed in the human body. They are responsible for the initiation of action potentials (AP) in excitable cells. They underlie several physiological processes such as the cognitive, the sensitive, the motor and the cardiac functions. Nav1.5 channel is the main Nav expressed in the heart. Their dysfunctions are usually associated to the development of pure electrical disorders. However, mutations of Nav1.5 have recently been linked to the development of an atypical clinical phenotype combining complex arrhythmias and dilated cardiomyopathy (DCM). The main objective of my thesis has been to identify and characterize a common biophysical defect for all Nav1.5 mutations located in the channel’s voltage sensitive domains (VSDs) and associated with the atypical clinical phenotype. We were first interested in the case of two families of patients who displayed the same clinical phenotype although they carried two different Nav1.5 mutations, which have been reported to induce divergent biophysical defects. We identified a new alternative permeation pathway (called omega pore or gating pore) in the VSD of mutant Nav1.5 channels. This omega pore might constitute a common biophysical defect for all Nav1.5 mutations located in the channel’s VSDs. The second axe consisted in strengthening the association between mutations in the VSD of Nav1.5 and the creation of a gating pore. This research, based on the study of two other Nav1.5 mutations, confirmed the creation of an omega pore and increased the suspicion of the cardiovascular pathogenic potential of such an alternative permeation pathway. Finally, we studied a fifth Nav1.5 mutation. We used this mutation to characterize the pathological consequences of the creation of an omega pore. This study revealed that the creation of an omega pore disrupts the ionic homeostasis of cardiomyocytes. This homeostatic imbalance then affects electrical signals, cell morphology and also the function of cardiac myocytes. The studies of my thesis permitted to identify the omega pore as a potential common biophysical defect of Nav1.5 mutations located in the channel’s VSDs and associated to the arrhythmias and DCM. Furthermore, we also identified the pathological mechanism linking these mutations and the observed atypical clinical phenotype.

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Al, @Addan Fathel. "Biophysique du sol : étude quantitative des relations entre le travail lombricien et des propriétés de sols méditerranéens." Montpellier 2, 1990. http://www.theses.fr/1990MON20166.

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Abstract:

Les proprietes physiques, d'origine biologique, dependent largement des lombriciens. Ce fait, reconnu depuis au moins darwin (1837) est l'objet de descriptions statiques sur la structure grumeleuse (ex-feces de lombriciens) et l'activite biologique (=galeries de ces animaux). Ces structures ont toutefois une stabilite variable et ont un renouvellement (grumeaux) et un entretien (galeries) qui ne sont plus assures dans certains sols agricoles ou les lombriciens ont ete decimes, d'ou des problemes d'erosion, d'hydromorphie, de battance, voire perte de matiere organique. Dans cette these, on a d'abord selectionne, depuis un echantillon dans divers sols mediterraneens, la typologie centrale de ceux-ci. Puis sur ce type (fersiallitique sous garrigue a scherotheca geants: lombriicens aneciques) une etude ecologique (=refutable in situ) de la production annuelle de grumeaux (315+ ou 45 t/t poids vif acenique) a pu etre mesuree. Les 8,5% deposes en surface ont permis de suivre le rythme d'activite de cette production qui s'est avere suivre un modele d'activite acenique deja propose et ainsi valide. Il a ete montre experimentalement que la production depend bien du niveau de peuplement qui depend de la qualite des litieres. Cette qualite joue directement sur les modalites d'ingestion-digestion puis sur la stabilite structurale supracapillaire (resistance standardisee aux forces capillaires de rehumectation) qui est accrue de 3 a 4 fois suivant les litieres. La percolation de l'eau a travers le profil a pu etre correlee directement aux aneciques createurs des galeries verticales (282 l/m#2/heure pour 100 g d'aneciques, r=0,966, n=17, p 0,01). Les consequences agronomiques et environnementales sont soulignees

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Rossis, Georges. "Explication et interpretation des phenomenes biologiques. Une contribution a la philosophie des sciences." Paris 7, 1987. http://www.theses.fr/1987PA070065.

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Abstract:

Nous examinons le probleme de la relation entre la physique et la biologie; nous abordons notre examen par l'etude du probleme du reductionnisme. Le probleme du reductionnisme peut etre divise en deux problemes particuliers, le probleme du reductionnisme logique (qui est impossible) et le probleme du reductionnisme empirique. Le reductionnisme empirique des lois peut etre possible - la tentative de l'explication des lois biologiques par les lois physi- ques c'est la biophysique. Le reductionnisme empirique des concepts est possible - l'in- terpretation des concepts biologiques par les concepts physiques c'est la biologique. Une etude epistemologique du concept d'entropie conduit a la conclusion qu'il n'y a pas de relation determinee entre entropie et desordre, ni relation d'identite entre entropie et information. L'organisation est la categorie (concept fondamental) du ni- veau de description biologique; l'organisation ne peut pas etre de- finie et elle n'est pas un concept objectif. Le concept de calcul peut etre utilise pour interpreter les organismes vivants. Un organisme vivant est un calculateur qui calcule les representations et les relations qui maintiennent son integrite. Nous distinguons entre organismes non-conscients, con- scients (qui sont differencies de ceux non-conscients par leur fa- culte de se delimiter de leur environnement) et conscients d'eux-memes (qui sont differencies de ceux conscients par leur faculte de communiquer avec d'autres organismes conscients d'eux-memes). De- limitation et communication peuvent etre interpretees en termes de calcul. La faculte de communication est la conscience en soi
We examine the problem of the relation between physics and biology; we start our study by considering the problem of reductionism. The problem of reductionism can be subdivided into two distinct problems, the problem of logical reductionism (which is impossible) and the problem of empirical reductionism. Empirical reductionism of laws may be possible - the attempt to explain biological laws in terms of physical laws is called bio- physics. Empirical reductionism of concepts is possible - the inter- pretation of biological concepts in terms of physical concepts is called biologic. An epistemological study of the concept of entropy leads to the conclusion that there is neither a definite relation between entropy and disorder nor an identity relation between entropy and information. Organization is the category (fundamental concept) of the bio- logical level of description; organization cannot be defined and is not an objective concept. The concept of computation can be used for the interpretation of living organisms. A living organism is a computator which computes the representations and the relations which maintain its integrity. We distinguish between non-conscious organisms, conscious organisms (that are differentiated from non-conscious organisms through their ability to demarcate themselves from the environment) and self-con- scious organisms (that are differentiated from conscious organisms through their ability to communicate with other self-conscious orga- nisms). Demarcation and communication can be interpreted in terms of computation. Self-consciousness is the ability to communicate

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Kanaan, Joanne. "Étude biochimique et biophysique de l’ARN hélicase UPF1 : un moteur moléculaire hautement régulé." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEE008/document.

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Abstract:

UPF1 (Up-Frameshift 1) est une hélicase multifonctionnelle conservée chez tous les eucaryotes. Elle est essentielle à la voie de surveillance du NMD (Nonsense Mediated mRNA Decay), qui dégrade des ARNm portant un codon stop prématuré. UPF1 est l’archétype d’une famille d’hélicases qui partagent des corps similaires mais sont impliquées dans des voies cellulaires variées. Cependant, les relations structure-fonction et les caractéristiques biophysiques intrinsèques de ces moteurs moléculaires restent à ce jour peu connues. In vitro, le coeur hélicase d’UPF1 est hautement processif, il traverse des milliers de bases sur l’ARN ou l’ADN et déroule des doubles brins. Dans ce travail, nous avons cherché les facteurs clés régissant cette remarquable processivité en combinant des techniques de biochimie et de biophysique. En particulier, nous avons utilisé des pinces magnétiques pour étudier en temps réel des hélicases à l’échelle de la molécule unique. Contrairement à UPF1, l’hélicase IGHMBP2 de la famille UPF1-like n’est pas processive ; la processivité n’est donc pas un trait conservé au sein de la famille. Grâce à une étude fine de la structure 3D des deux hélicases, nous avons conçu divers mutants que nous avons utilisés pour identifier les éléments structuraux qui modulent la processivité. Notre approche révèle qu’UPF1 a une prise très ferme sur les acides nucléiques, garantissant de longs temps de résidence et d’action qui dictent sa haute processivité. Grâce à la variété de comportements des mutants, nous avons construit un modèle mécanistique expliquant le lien entre énergie d’interaction et processivité. Nous démontrons aussi que la processivité d’UPF1 est requise pour un processus de NMD efficace in vivo. Nous avons utilisé les mêmes outils biochimiques et biophysiques pour étudier une isoforme naturelle d’UPF1 humaine se déplaçant plus vite que l’isoforme majeure, et pour comparer la régulation d’UPF1 humaine et de levure par leurs domaines flanquants. Nous avons également caractérisé l'interaction d’UPF1 de levure avec de nouveaux partenaires. Nos travaux montrent comment la combinaison d'outils biochimiques, biophysiques, structuraux etin vivo offre des aperçus inattendus quant au mode de fonctionnement des moteurs moléculaires
UPF1 (Up-Frameshift 1) is a multifunctional helicase that unwinds nucleic acids and is conserved throughout the eukaryote kingdom. UPF1 is required for the Nonsense Mediated mRNA Decay (NMD) surveillance pathway, which degrades mRNAs carrying premature termination codons, among other substrates. UPF1 is the archetype of a family of 11 helicases sharing similar cores but involved in various cellular pathways. However, the structure-function relationship and intrinsic biophysical properties of these molecular engines remain poorly described. In vitro, the UPF1 helicase core is highly processive, it travels along thousands of RNA or DNA bases and unwinds double-strands. In this work, we looked for key factors governing this remarkable processivity. We combined biochemical and biophysical techniques. In particular, we used magnetic tweezers to study helicases in real time at a single molecule scale. In contrast to UPF1, the related IGHMBP2 is not processive, thus processivity is not a shared family trait. Based on the 3D structures of both proteins, we designed various mutants and used them to identify structural elements that modulate processivity. Our approach reveals that UPF1 has a very firm grip on nucleic acids, guaranteeing long binding lifetimes and action times that dictate its high processivity. Thanks to the variety in mutant behaviors, we built a novel mechanistic model linking binding energy to processivity. Furthermore, we show that UPF1 processivity is required for an efficient NMD in vivo. In addition, we used the same biochemical and biophysical tools to investigate a natural human UPF1 isoform moving faster than the major isoform, and to compare the regulation of human andyeast UPF1 by their flanking domains. We also characterized the interaction of yeast UPF1 with new NMD partners. Our work shows how a combination of biochemical, biophysical, structural and in vivo tools can offer unexpected insights into the operating mode of molecular motors

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Sawicka, Anna. "Aspects biophysiques de l'activation des cellules T." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCB079.

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Abstract:

Les cellules T jouent différents rôles dans la réponse immunitaire adaptative : elles stimulent les cellules B à produire les anticorps ; elles sécrètent les cytokines qui dirigent l'action des autres cellules immunitaires ; elles tuent les cellules du corps infectées ou porteuses de mutations ; elles assurent la mémoire immunitaire, permettant de répondre plus vite en cas de nouvelle infection avec le même pathogène. Toutes les cellules T s'activent quand elles reconnaissent leur antigène spécifique : un peptide court présenté par le complexe majeur d'histocompatibilité exprimé à la surface de la cellule présentatrice d'antigène. La liaison du récepteur de cellules T (TCR, ang. T cell receptor) à cet antigène initie la cascade de transduction de signal dans la cellule T ; ce processus mène aux modifications du cytosquelette, aux changements dans l'expression des gènes, et à la prolifération des cellules T. Récemment, il a été découvert que quand les cellules T reconnaissent l'antigène, elles poussent et tirent sur les cellules présentatrices d'antigène. Même si ces forces mécaniques ont été l'objet de recherches intenses pendant ces dernières années, leur nature et leur rôle restent toujours largement méconnus. La caractérisation des forces générées par les cellules T était l'objectif de ma recherche doctorale. J'ai mesuré les forces avec la technique appelée "micropipette force probe", qui utilise une micropipette en verre comme un cantilever de rigidité connue. Cette technique a permis de mesurer la force maximale et la vitesse de génération des forces, et, en même temps, de capturer l'image de la morphologie des cellules de profil. J'ai trouvé que les cellules T humaines, primaires, au repos, CD4+, activées avec les anticorps contre les molécules CD3 et CD28, suivent une succession de changements de morphologie, pendant laquelle elles génèrent des forces. Cette succession était qualitativement identique pour les lymphoblastes CD4+, un modèle des cellules T activées. Ensuite, j'ai étudié cette succession d'événements dans le contexte biologique de l'activation des cellules T. Les cellules T interagissent avec les cellules présentatrices d'antigène qui ont des propriétés mécaniques différentes. J'ai donc changé la rigidité de la micropipette utilisée comme sonde, afin de mesurer la réponse des cellules T à des cibles de rigidité différentes. J'ai trouvé que les forces générées par les cellules T sont mécanosensibles, car la vitesse de génération des forces de poussée et de traction changeaient avec la rigidité de la micropipette. Ensuite, j'ai étudié les conditions nécessaires à la génération des forces. Les forces étaient liées au processus d'activation, car l'attachement des anticorps aux molécules CD45 n'a pas conduit à la génération des forces. Pour étudier la contribution aux forces des différents acteurs du cytosquelette d'actine, j'ai utilisé différents inhibiteurs du remaniement du cytosquelette. L'influence la plus grande sur la génération de forces a été trouvée avec SMIFH2, un inhibiteur des formines. Ces protéines jouent donc probablement un rôle important dans le processus d'activation des cellules T. La recherche décrite dans cette thèse contribue à la compréhension des aspects biophysiques de l'activation des cellules T. Elle montre que la génération des forces est un des événements les plus précoces de l'activation des lymphocytes T, et qu'elle est modifiée par la rigidité de la cible des cellules T. Dans le futur, la recherche liant la génération des forces avec la cascade biochimique de transduction de signal induit par le TCR sera nécessaire pour décrire la base de la mécanosensibilité des cellules T. Cette recherche sera complétée par l'étude des fonctions des forces dans le processus de l'activation des lymphocytes T en conditions normales et pathologiques
T cells play many roles in the adaptive immune response: they stimulate B cells for the production of antibodies; they secrete cytokines, which guide the action of other immune cells; they kill infected or mutated cells of the body; they assure the immune memory, staying ready to respond upon another infection with the same pathogen. All T cells activate when they recognise their specific antigen: a short peptide presented on the major histocompatibility complex on the surface of the antigen-presenting cell. The binding of the T cell receptor (TCR) to this antigen triggers a cascade of signalling events inside the T cell, resulting in cytoskeleton modifications, changes in the expression levels of different genes, and proliferation. One of the early responses of T cells to the antigen recognition is force generation. T cells, upon TCR triggering, push and pull on the antigen-presenting cell. Although the body of research concerning these forces has been recently growing, their nature and role is still largely unknown. The goal of my PhD project was to characterise the pushing and pulling forces generated by T cells. I measured the forces with the micropipette force probe, which uses a glass micropipette as a cantilever of known bending stiffness. The technique allowed to measure the maximal force generated by T cells and the speed at which T cells generated forces (force rate), and, simultaneously, to track the morphology of cells as seen from the side. These experiments revealed that human primary resting CD4+ T cells, when activated with antibodies against CD3 and CD28 molecules, followed a sequence of morphology changes and force generation. This sequence was qualitatively the same for CD4+ T lymphoblasts, a model of effector T cells. The sequence was then studied in the biological context of T cell activation. As different antigen-presenting cells, with which T cells interact in the body, were shown to have different mechanical properties, I varied the bending stiffness of the micropipette probe, to measure the response of T cells to targets of different stiffness. The force rate changed with this bending stiffness, indicating that force generation in T cell activation is a mechanosensitive process. Next, the conditions necessary for force generation were investigated. Binding to antibodies against CD45 molecule did not result in force generation, suggesting that force generation is specific to TCR triggering. To dissect the contribution of the different components of the actin cytoskeleton to the process, T cells were treated with different cytoskeleton inhibitors. The largest influence was found with SMIFH2, an inhibitor of formins, suggesting an important role for formins in force generation in early T cell activation. This work contributes to the understanding of the biophysical aspects of T cell activation. It shows that force generation is incorporated into the early events of the activation process, and is directly influenced by the stiffness of the T cell target. Further work is needed to link the force generation with the signalling pathways induced by TCR triggering, to explain the molecular basis of T cell mechanosensitivity. This link will open the possibility of functional studies of forces in T cell activation, to answer the open questions regarding the function of T cells in physiology and pathology of the immune system

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Kurauskas, Vilius. "Fonction d'une protéine membranaire : étude structurale et dynamique par RMN." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAV005/document.

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Abstract:

L’utilisation de détergents est inévitable pour les études structurales des protéines membranaires. Dodecylphosphocholine (DPC) est un des détergents les plus utilisés pour ce type d’études employant la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) en solution. L’effet des détergents sur la structure et la dynamique des macromolécules est une problématique importante, mais peu étudiée à ce jour. Dans cette étude nous avons caractérisé la dynamique à l’échelle de la milliseconde, la liaison des substrats ainsi que des propriétés structurales de trois protéines membranaires différentes solubilisées dans des micelles de DPC. Ces protéines font partie de la famille des transporteurs mitochondriaux et nous avons choisi les séquences de la levure (ORC1, GGC1, AAC3). Nous avons détecté de la dynamique à l’échelle de la milliseconde qui est distribuée d’une manière asymétrique à travers la structure. En contradiction avec des propos de la littérature, nous montrons que cette dynamique n’est pas corrélée à la fonction, puisqu’elle n’est pas modifiée par des mutations qui inhibent le transport effectué par ces protéines quand elles sont reconstituées dans des liposomes. En plus, nous avons pu montrer que leur spécificité par rapport aux substrats, n’est pas conservée quand ces transporteurs sont reconstitués dans du DPC, mettant en question leur fonctionnalité dans ce détergent. La RMN a aussi permis de démontrer que les structures tertiaire et secondaire sont perturbées dans les micelles avec quelques hélices transmembranaires apparaissant exposées au solvant. Nous avons donc conclu que la présence du détergent a un effet fort sur les trois transporteurs mitochondriaux de notre étude et probablement d’autres protéines similaires, en les rendant très flexible. Nos résultats indiquent un probable effet général de ce détergent sur les protéines membranaires, comme nous le discutons dans une analyse détaillée de quelques études de protéines membranaires décrites dans la littérature. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons adressé une question fondamentale de la dynamique des protéines: comment se comportent les protéines dans des cristaux ? Nous avons étudié la dynamique de l’ubiquitine cristalline à l’échelle de la milliseconde afin de comprendre l’influence de la maille cristalline sur ce type de mouvement. Pour ce faire, nous avons employé la RMN à l’état solide et des simulations de dynamique moléculaire de la protéine dans différents réseaux cristallins distincts. Il est intéressant à noter que dans ces cristaux on détecte toujours des processus locaux d’échange dynamique sur une échelle de temps de la milliseconde. Cependant, en comparant les résultats obtenus avec différentes formes cristallines, nous constatons que les paramètres thermodynamiques des différents états en échange et les vitesses d’interconversion entre ces dernières sont significativement modifiés par les contacts cristallins. De plus, nous avons détecté des mouvements globaux de type «rocking» des ces molécules à l’état cristallin qui surviennent également à l’échelle de la milliseconde. Ceci suggère que les mouvements globaux et locaux sont corrélés. Cette observation ouvre la discussion de l’importance de ce type de mouvements pour la qualité et l’interprétation des données des expériences de diffraction des rayons-X
The use of detergents is often unavoidable in the structural studies of membrane proteins. Dodecylphosphocholine (DPC) is one of the most commonly used detergents for such studies in solution state NMR spectroscopy. The effect of detergent on structure and dynamics remains an important and poorly understood question. In this study we have investigated millisecond dynamics, substrate binding and structural features of three different yeast proteins from mitochondrial carrier family (GGC1, ORC1 and AAC3) in DPC micelles. We have detected millisecond dynamics, which are asymmetrically distributed across the structure. Contrary to previous claims, we show that these dynamics are unrelated to function, as they are not affected by the substitutions which abolish mitochondrial carrier transport in proteoliposomes. Furthermore, we could show that the very well-defined substrate specificity of these proteins in membranes is abolished when they are reconstituted in DPC, questioning their functionality. Structural investigations have revealed that both tertiary and secondary structures of these carriers are perturbed in DPC micelles, with some TM helices showing substantial solvent exposure. We have concluded from these observations that DPC detergent strongly perturbs these, and likely other mitochondrial carriers by rendering them very flexible. Our findings point to a possibly general effect of this detergent on membrane proteins, as we discuss with examples of previously studied membrane proteins. In the second part we have addressed a fundamental question of protein dynamics: how do proteins move inside crystals? We have investigated ms dynamics in a crystalline ubiquitin to gain the insight on the impact of the crystalline lattice on such motions, using solid-state NMR and ms long MD simulations of explicit crystal arrangements. Interestingly a local dynamic exchange process on a ms time scale is still present in crystals. However, by comparing different crystal forms we establish that the thermodynamics of the exchanging states and their interconversion rate constants are significantly altered by the crystal contacts. Furthermore, we detect overall "rocking" motion of molecules in the crystal, occurring on a tens-of-ms time scale, and provide evidence that overall and local motion are coupled. We discuss the implications of ms dynamics on the data quality in X-ray diffraction experiments

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Blanc, Olivier. "Mesure in vivo de la mécanique cellulaire lors de la morphogénèse d'un tissu." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4020/document.

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Abstract:

Pendant le développement d'un organisme, les tissus subissent, génèrent des changements morphologiques drastiques nécessaires à l'obtention d'une forme finale ou intermédiaire spécifique et fonctionnelle. On comprend cette acquisition de formes comme un phénomène émergent résultant de l'interaction mécanique entre toutes les cellules composant le tissu. On sait que les structures de protéines du cytosquelette sont capables aussi bien de générer des forces ou de changer les propriétés mécaniques des cellules i.e de changer la réaction de celles-ci à un stress mécanique. Ces phénomènes émergents font l'objet de nombreuses études et mesures aussi bien lors d'expériences in vitro (solution de protéines purifiées) que sur cellules de cultures. Le travail décrit dans cette thèse s'est attaché à mesurer quantitativement les forces et propriétés mécaniques in vivo durant le développement d'un organisme. À terme, ces mesures sont utiles à l'élaboration d'un modèle mécanique qui amènerait une meilleure compréhension des phénomènes morphogénétiques.Pour réaliser ces mesures, un banc de mesures optiques a été développé. Il permet de réaliser des mesures de microrhéologie passives et actives durant l'extension de la bandelette germinale de l'embryon de drosophile. Des mesures quantitatives de viscosité, de raideur et de force jonctionnelle ont été réalisées
Pendant le développement d'un organisme, les tissus subissent, génèrent des changements morphologiques drastiques nécessaires à l'obtention d'une forme finale ou intermédiaire spécifique et fonctionnelle. On comprend cette acquisition de formes comme un phénomène émergent résultant de l'interaction mécanique entre toutes les cellules composant le tissu. On sait que les structures de protéines du cytosquelette sont capables aussi bien de générer des forces ou de changer les propriétés mécaniques des cellules i.e de changer la réaction de celles-ci à un stress mécanique. Ces phénomènes émergents font l'objet de nombreuses études et mesures aussi bien lors d'expériences in vitro (solution de protéines purifiées) que sur cellules de cultures. Le travail décrit dans cette thèse s'est attaché à mesurer quantitativement les forces et propriétés mécaniques in vivo durant le développement d'un organisme. À terme, ces mesures sont utiles à l'élaboration d'un modèle mécanique qui amènerait une meilleure compréhension des phénomènes morphogénétiques.Pour réaliser ces mesures, un banc de mesures optiques a été développé. Il permet de réaliser desmesures de microrhéologie passives et actives durant l'extension de la bandelette germinale de l'embryon de drosophile. Des mesures quantitatives de viscosité, de raideur et de force jonctionnelle ont été réalisées

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Beber, Alexandre. "In vitro study of membrane remodeling and curvature sensing at the micrometric scale by budding yeast septins." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS375.

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Abstract:

Les septines constituent une nouvelle classe de protéines du cytosquelette. Les septines de levure s’auto-assemblent en filaments non-polaires liés à la face interne de la membrane plasmique à travers des interactions spécifiques avec le L- α-phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PI(4,5)P2. Les septines sont localisées au niveau de sites de constriction durant la cytokinèse et ont un impact sur le remodelage de la membrane. Nous avons utilisé une plage d’outils biomimétiques in vitro pour examiner comment les septines de levure se comportent sur des membranes courbées et déformables. Des tests in vitro utilisant des Vesicules Unilamellaires Géantes (GUVs) sont des outils pertinents pour obtenir des informations sur l’interaction protéine-lipide, la mécanique de membrane et la sensibilité à la courbure. Obtenir des GUVs dopées au PI(4,5)P2 peut être difficile. Nous avons d’abord optimisé l’incorporation de PI(4,5)P2 dans des GUVs en étudiant l’interaction entre les septines et les GUVs. Nous montrons que cette interaction est plus spécifique qu’en utilisant un rapporteur usuel (phospholipase C1). Nous avons montré que l’électro-formation sur fils de platines est la méthode la plus appropriée pour atteindre une interaction septines- lipides optimale. De plus, nous avons montré que les GUVs contenant du PI(4,5)P2 doivent être utilisées quelques heures après leur préparation. En effet, avec le temps, le PI(4,5)P2 est éjecté de la membrane des GUVs et la concentration de PI(4,5)P2 dans la bicouche diminue. Ensuite, nous avons analysé comment les septins peuvent contrôler les propriétés mécaniques de la membrane et analysé comment les déformations de la membrane pouvaient être induites par la sensibilité des septines à des courbures spécifiques. En effet, nous avons montré que les septines reforment la membrane de GUVs avec l’apparition de piques périodiques. Nous avons montré que ces déformations sont associées à la préférence de courbure des filaments de septine. En se liant à des bicouches supportées posées sur des substrats possédant un motif ondulé présentant des courbures positives et négatives, les filaments de septine restent droits et perpendiculares à la courbure aux endroits convexes et se plient négativement pour suivre les géométries concaves. En se basant sur ces résultats, nous proposons un modèle théorique qui décrit quantitativement les déformations et la sensibilité à la courbure micrométrique observée in vitro. Le modèle capture la réorganisation des filaments de septines durant la cytokinèse in vivo, fournissant des informations sur la mécanique de la division cellulaire
Septins constitute a novel class of cytoskeletal proteins. Budding yeast septins self-assemble into non-polar filaments bound to the inner plasma membrane through specific interactions with L- α-phosphatidylinositol-4,5- bisphosphate (PI(4,5)P2). Septins localize at constriction sites during cytokinesis and impact membrane remodeling processes. We have analyzed a range of in vitro biomimetic tools to examine how yeast septins behave on curved and deformable membranes. In vitro assays using Giant Unilamellar Vesicles (GUVs) are relevant tools to reveal insights in proteins-lipids interactions, membrane mechanics and curvature sensitivity. GUVs doped with PI(4,5)P2 are challenging to prepare. We first optimized the incorporation of PI(4,5)P2 lipids into GUVs by probing the proteins-PI(4,5)P2 GUVs interactions. We show that the interaction between budding yeast septins and PI(4,5)P2 is more specific than using usual reporters (phospholipase C1). We have shown that electro-formation on platinum wires is the most appropriate method to achieve an optimal septin-lipid interaction. Besides, we have shown that PI(4,5)P2 GUVs have to be used within a few hours after their preparation. Indeed, over time, PI(4,5)P2 is expelled from the GUV membrane and the PI(4,5)P2 concentration in the bilayer decreases. Next, we analyzed how septins can control the mechanical properties of membranes and analyzed how membrane deformations could be induced by a specific curvature sensitivity of septins. Indeed, we have shown that septins reshape the membranes of Giant Unilamellar Vesicles with the formation of periodic spikes. We have shown that membrane deformations are associated to septin filament curvature arrangement preferences. When binding to bilayers supported on custom-designed periodic wavy patterns displaying positive and negative micrometric radii of curvatures, septin filaments remain straight and perpendicular to the curvature of the convex parts, while bending negatively to follow concave geometries. Based on these results, we propose a theoretical model that quantitatively describes the deformations and micrometric curvature sensitivity observed in vitro. The model captures the reorganizations of septin filaments throughout cytokinesis in vivo, providing mechanistic insights into cell division

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Heo, Minyoung. "Dynamique fonctionnelle du moteur flagellaire bactérien entraîné par des stators marqués par des protéines fluorescentes et par des stators étrangers modifiés par évolution." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT080/document.

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Abstract:

Le moteur flagellaire bactérien (BFM) est un complexe moléculaire qui permet aux bactéries de nager dans un milieu liquide. La rotation du moteur est générée à l’interface entre deux éléments clés: les protéines formant le stator (MotA and MoB) et l’anneau C “switching complex” à la base du rotor. Les stators sont des modules du moteur structurellement et fonctionnellement différentiables du reste du moteur, et leurs association et dissociation dynamique autour du rotor contrôle la génération du couple. Quand une protéine fluorescente (PF) est fusionnée à MotB, le moteur est en état de marche mais une réduction générale de la mobilité de la cellule a été observée. La raison précise d’une telle réduction de mobilité n’a pas été étudiée.Le but de cette étude est de comprendre comment la fusion PF de la protéine du stator modifie la génération du couple et le sens de rotation du moteur. C’est particulièrement important car le tag FP se trouve à l’interface entre le stator et le rotor, là où le couple et le changement du sens de rotation sont produits. Trois différentes PFs (eGFP, YPet, Dendra2) ont été fusionnées à la protéine MotB. Malgré la haute similarité de leurs structures, notre analyse a montré que les trois stators fusionnés génèrent des couples différents. Les stators marqués avec YPet produisent un couple moyen similaire au WT (stators sans tag PF), alors que les stators marqués avec eGFP et Dendra2 produisent respectivement 70% et 40% du couple moyen du WT. De plus, les moteurs utilisant les stators fusionnés ont montré des capacités de changement de sens de rotation réduites. Lors d’un changement de sens de rotation, la valeur absolue de la vitesse des moteurs WT ne change pas. Cette “symétrie” de vitesse lors du changement n’apparaît pas avec les moteurs à stators fusionnés et le changement peut être accompagné d’une importante diminution (~30%) de la vitesse absolue.En observant par microcopie TIRF avec détection de molécules uniques, des stators marqués dans un moteur en état de marche, les signaux de fluorescence sont détectés à la membrane comme prévu pour ces protéines, montrant une population de stators diffusant dans celle-ci. Les clusters fluorescents étaient visibles au centre des cellules en rotation, attachés au couvre-glace par une seule flagelle, confirmant que le tag de fluorescence peut être visualisé dans des moteurs en état de marche. Dans un second projet développé dans le laboratoire Bertus Beaumont à TU Delft, en prenant le BFM en tant que système modèle d’évolution expérimentale, sa modularité et son « évolubilité » ont été explorés pour apprendre les détails au niveau moléculaire de l’évolution de ce type de machine. Les stators de E.coli ont été échangés par un set de 21 stators étrangers homologues. L’expérience a révélé que les protéines du stator peuvent être échangées entre espèces de bactéries distantes et certains stators non compatibles peuvent être modifiés positivement par un procédé d’évolution pour devenir fonctionnels. Au cours de cette évolution, les bactéries ont accumulé des mutations avantageuses dans leurs gènes MotA et MotB étrangers, tout particulièrement dans leur domaine fonctionnel. Des mutations identiques dans des stators différents ont été observées, indiquant que l’évolution peut se reproduire. L’analyse fonctionnelle au niveau d’un seul moteur a révélé que ces mutations avantageuses amélioraient la génération du couple et/ou la capacité du moteur à changer de sens. Les investigations détaillées du génotype et du phénotype du BFM modifié par évolution apportés par cette étude, pourraient donner une idée sur la façon dont des machines moléculaires comme le BFM ont évolué, et les effets fonctionnels des mutations bénéfiques qui facilitent l'intégration fonctionnelle
The bacterial flagellar motor (BFM) is the macromolecular complex which allows bacteria to swim in liquid media. Located at the base of the flagellum, anchored in the cell membrane, this remarkably small (~45nm) yet powerful rotary motor rotates each flagellum of the cell switching between counterclockwise (CCW) and clockwise (CW) direction. The motor rotation is generated at the interface between the two key components of the motor: the stator protein complexes (each composed of 4 MotA and 2 MotB proteins) and the C- ring protein complex at the base of the rotor. The stator complexes are structurally and functionally discernible modules of the motor, and their dynamical association and dissociation around the rotor controls the generation of torque.The first project of this study aims to investigate how the FP tag on the stator protein modifies the torque generation and switching of the motor. This is particularly important because the fluorescent protein tag lies at the interface between stator and rotor, where torque and switching are produced. Three different FPs (eGFP, YPet, Dendra2) were fused to MotB. Interestingly, despite the high similarity of their structures, our analysis revealed that the three fusion stators generate different torque. Furthermore, in the presence of fusion stators, the motor showed significantly impaired switching abilities. When switching direction of the rotation, the absolute value of the speed of WT motors does not change, whereas this symmetry of speed upon switching is not observed in the fusion stator motors, and switching can be accompanied with a significant (~30%) decrease in absolute speed. Both the impaired torque generation and the switching ability were improved by introducing a rigid linker between the stator and the FP tag. Taken together, this study provides a further insight into the dynamics of the stator and rotor interaction at its interface.When the cells carrying the fluorescently labeled stators were observed in a custom made TIRF-fluorescence microscope with single molecule capability, the fluorescence signals were detected as concentrated clusters in the membrane as expected for these membrane proteins around the motors, together with a population of stators diffusing in the membrane. Fluorescent clusters were visible at the center of rotating cells tethered to the glass slide by a single flagellum, confirming that the fluorescent tags can be visualized in functioning motors.In a second project developed in Bertus Beaumont lab at TU Delft, taking BFM as an experimental evolutionary model system, its modularity and evolvability have been explored to learn the molecular details of the evolution of molecular machines. The stators of E.coli have been exchanged by a set of 21 homologue foreign stators. The experiments revealed that the stator proteins can be exchanged between distant bacteria species, and some of the non-compatible stators can be positively modified by evolution to become functional. Those evolved strains accumulated beneficial mutations in their foreign motA and motB genes, especially on their functional domains. Identical mutations in different stators were common, indicating that evolution is repeatable. The functional investigation at the single motor level revealed that those beneficial mutations improved the torque generation and/or the switching ability of the motor. The detailed genotype and phenotype investigations of the evolutionary modified BFM may bring an insight into how molecular machines such as BFM have evolved as well as the functional effects of the beneficial mutations that facilitate functional integration

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Allain, Gwenhael. "Modélisation biophysique pour la prévision du recrutement : Couplage stochastique d'un modèle individu-centré de croissance larvaire avec un modèle hydrodynamique 3D pour développer un indice de recrutement de l'anchois dans le golfe de Gascogne." Rennes, Agrocampus Ouest, 2004. http://www.theses.fr/2004NSARH056.

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Abstract:

Les populations exploitées par la pêche sont dépendantes du recrutement (nombre de jeunes poissons constituant la nouvelle classe d'âge annuelle) pour assurer leur renouvellement. Le recrutement requiert des outils d'océanographie halieutique plus fiables que les analyses de corrélation à grande échelle entre abondance des stocks et paramètres climatiques. Le recrutement dans la population est le résultat de l'intégration, sur une saison et sur de vastes zones océaniques, des survies aux stades larvaires sous la dépendance de mécanismes à petite échelle. Les modèles hydrodynamiques constituent un outil pour réaliser cette intégration. L'approche définie consiste à explorer puis modéliser les mécanismes d'interaction physique-biologie pour fournir une prévision de recrutement utilisable de manière opérationnelle en gestion des pêches. Cette thèse s'inscrit dans une problématique scientifique générale en écologie, l'analyse de la variabilité et l'intégration des échelles spatio-temporelles. Son application concerne l'anchois (Engraulis encrasicolus) dans le golfe de Gascogne, ressource importante pour l'Espagne et la France sur le plan économique et social. Le recrutement annuel constitue, en raison de la courte durée de vie de l'espèce, l'essentiel de la population exploitée par la pêche
Exploited fish populations are dependent on recruitement (i. E. Size of the new year class) to sustain their abundance. Recruitment variations are related to hydroclimatic variations and may accentuate the detrimental effects of fishing. Recruitment prediction requires accurate fischeries oceanographic tools which are expected to be more reliable than large-scale correlation analyses between fish abundance and climate variables. Recruitment is the result of the integration over a season and large oceanic areas of precessses affecting larval survival which are dependent on small-scale mechanisms. Hydrodynamic models are a tool to perform this integration. This thesis aims at exploring and modelling physical-biological interaction mechanisms in order to provide recruitment predictions usable for fisheries management. This thesis integrates into general scientific problematics in ecology, variability analysis and spacetime scale integration. It is applied to the case of Anchovy (Engraulis encrasicolus) in the Bay of Biscay, and important social and economic resource for Spain in France. Due to the short life of the species the fisheries mainly relies on the success of annual recruitement

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Bosanac, Lana. "Dynamique des facteurs nucléaires: Régulation de l'expression génique par l'étude du P-TEFb." Phd thesis, Ecole Normale Supérieure de Paris - ENS Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00699906.

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Abstract:

Cette thèse a pour but l'analyse de la dynamique de facteurs de transcription dans le noyau. Les interactions entre molécules nucléaires dans des cellules vivantes ont été décrites comme étant suffisamment transitoires pour que la dynamique de ces molécules puisse être considérée comme étant de la diffusion effective [MISTELI2001, PHAIR]. Etant donné la géométrie des chemins possibles dans le noyau et la haute densité de ce compartiment en molécules diverses, il a été démontré par de nombreux calculs que la diffusion est non seulement le moyen de transport la moins gourmande en énergie, mais également la plus efficace. Ceci nous mène à nous demander comment la cellule permet de contrôler son état transcriptionnel global au vu de la nature stochastique du déplacement de ces facteurs de transcription. Jusqu'à présent, la recherche de cible a été souvent étudiée en utilisant le " temps de premier passage ", c'est-à-dire le temps que met une particule diffusant librement pour atteindre sa cible. Dans le cas d'un compartiment aussi complexe que le noyau, où de nombreuses interactions non spécifiques peuvent avoir lieu, et avec une quantité limitée de protéines distribuées de façon homogène, le temps nécessaire pour qu'une protéine trouve sa cible est en complet décalage avec l'efficacité à laquelle fonctionnent les systèmes biologiques.

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Bédard, Mikaël. "Caractérisation structurale de Miz-1 dans le cadre de la répression génique causée par le complexe c-Myc/Miz-1." Thèse, Université de Sherbrooke, 2016. http://hdl.handle.net/11143/9788.

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Abstract:

Résumé : c-Myc est un facteur de transcription (FT) dont les niveaux cellulaires sont dérégulés dans la majorité des cancers chez l’homme. En hétérodimère avec son partenaire obligatoire Max, c-Myc lie préférentiellement les séquences E-Box (CACGTG) et cause l’expression de gènes impliqués dans la biosynthèse des protéines et des ARNs, dans le métabolisme et dans la prolifération cellulaire. Il est maintenant bien connu que c-Myc exerce aussi son potentiel mitogène en liant et inhibant différents FTs impliqués dans l’expression de gènes cytostatiques. Entre autres, c-Myc est en mesure d’inhiber Miz-1, un FT comportant 13 doigts de zinc de type Cys2-His2 (ZFs) impliqué dans l’expression de plusieurs gènes régulateurs du cycle cellulaire comprenant les inhibiteurs de CDK p15[indice supérieur INK4], p21[indice supérieur CIP1] et p57[indice supérieur KIP2]. Plus récemment, il fut démontré qu’en contrepartie, Miz-1 est aussi en mesure de renverser les fonctions activatrices de c-Myc et de prévenir la prolifération de cellules cancéreuses dépendantes de c-Myc. Ces différentes observations ont mené à la suggestion de l’hypothèse intéressante que la balance des niveaux de Miz-1 et c-Myc pourrait dicter le destin de la cellule et a permis d’établir Miz-1 comme nouvelle cible potentielle pour le développement d’agents anti-cancéreux. Malgré le fait que ces deux protéines semblent centrales à la régulation du cycle cellulaire, les mécanismes moléculaires leur permettant de s’inhiber mutuellement ainsi que les déterminants moléculaires permettant leur association spécifique demeurent assez peu documentés pour le moment. De plus, la biologie structurale de Miz-1 demeure à être explorée puisque qu’aucune structure de ses 13 ZFs, essentiels à sa liaison à l’ADN, n’a été déterminée pour l’instant. Les travaux réalisés dans le cadre cette thèse visent la caractérisation structurale et biophysique de Miz-1 dans le contexte de la répression génique causée par le complexe c-Myc/Miz-1. Nous présentons des résultats d’éxpériences in vitro démontrant que Miz-1 interagit avec c-Myc via un domaine contenu entre ses ZFs 12 et 13. De plus, nous démontrons que Miz-1 et Max sont en compétition pour la liaison de c-Myc. Ces résultats suggèrent pour la permière fois que Miz-1 inhibe les activités de c-Myc en prévenant son interaction avec son partenaire obligatoire Max. De plus, ils laissent présager que que Miz-1 pourrait servir de référence pour le développement d’inhibiteurs peptidiques de c-Myc. Finalement, nous avons réalisé la caractérisation structurale et dynamique des ZFs 1 à 4 et 8 à 10 de Miz-1 et avons évalué leur potentiel de liaison à l’ADN. Les résultats obtenus, couplés à des analyses bio-informatiques, nous permettent de suggérer un modèle détaillé pour la liaison spécifique de Miz-1 à son ADN consensus récemment identifié.
Abstract : c-Myc is a transcription factor (TF) deregulated in the majority of human cancers. In heterodimer with its obligatory partner Max, c-Myc preferentially binds E-Box DNA sequences (CACGTG) and activates genes involved in protein and RNA biogenesis, metabolism and cell proliferation. It is now well established that c-Myc can also bind and inhibit some TFs involved in the expression of cytostatic genes to exert its mitogenic potential. Among those, the inhibition of Miz-1 by c-Myc is the best characterized case. Miz-1 is a TF containing 13 Cys2-His2 zinc fingers (ZFs) that is involved in the expression of many cell cycle regulators such as the CDK inhibitors p15[superscript INK4], p21[superscript CIP1] et p57[superscript KIP2]. More recently, it was shown that, on the other hand, Miz-1 is also able to reverse the transcriptional activator functions of c-Myc and to prevent the proliferation of c-Myc-dependent cancer cells. These observations led to the interesting hypothesis that the balance of c-Myc and Miz-1 levels could determine cell fate and establish Miz-1 as an interesting target for the design of novel cancer drugs. Although those proteins seem central to the regulation of the cell cycle, the molecular mechanisms allowing them to inhibit each other and the molecular determinants allowing their specific association remain poorly understood. Moreover, the structural biology of Miz-1 remains to be explored considering that none of its 13 ZF structures, essential to its DNA binding, have been determined so far. The work presented in this thesis aim at characterizing the structural biology of Miz-1 in the context of the transcriptional repression caused by the c-Myc/Miz-1 complex. We present results from in vitro experiments showing that a domain comprised between the 12th and 13th ZFs of Miz-1 is involved in its binding to c-Myc. Moreover, we demonstrate that Miz-1 and Max compete to engage c-Myc. These results suggest for the first time that Miz-1 inhibits c-Myc by a sequestration mechanism preventing its association with its obligatory partner Max. Moreover, they argue that Miz-1 could serve as a reference for the development of c-Myc specific peptide inhibitors as a new approach for cancer drug design. Finally, we realized the structural and dynamical characterization of Miz-1 ZFs 1 to 4 and 8 to 10 and the characterization of their DNA binding potential. The results collected, coupled to bioinformatics analysis, allowed us to suggest a model for Miz-1 specific binding to its consensus DNA sequence recently unveiled.

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Charitat, Thierry. "Contributions théorique et expérimentale à l'étude des propriétés élastiques de systèmes physiques "inspirés" de la biologie." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1997. http://www.theses.fr/1997GRE10179.

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Abstract:

La premiere partie de cette these est consacree a l'etude theorique des proprietes elastiques de reseaux de passages connectant des bicouches phospholipidiques. Elle a ete motivee par des observations experimentales faites par michalet et al. Le calcul que nous proposons prend en compte la conservation du volume du systeme. Il nous a permis de montrer que ces reseaux sont destabilises par les deformations de cisaillement, qui sont energetiquement plus favorables que les deformations de compression. La contrainte de volume permet aussi de determiner la densite de passages dans ces systemes. Enfin, la generalisation aux systemes multilamellaires de la notion de courbure constante introduite par michalet et al, met en evidence un comportement collectif remarquable des passages. La seconde partie concerne l'etude des interactions entre un peptide (la penetratine) et les phospholipides de la membrane cellulaire. Celle-ci est modelisee par une bicouche deposee sur un substrat solide par la methode de langmuir-blodgett. L'essentiel du travail expose dans cette these a consiste a developper un protocole experimental permettant de caracteriser ces bicouches par reflectivite de neutrons. Il a ainsi ete possible d'observer pour la premiere fois des quadricouches controlees de dspc. Enfin, les premiers resultats que nous avons obtenus sur l'etude de l'influence de la penetratine, montrent une influence importante du peptide sur la bicouche. La derniere partie de ce travail s'interesse aux proprietes elastiques d'un fil ferme spontanement courbe. Elle s'inscrit dans le cadre de la theorie classique de l'elasticite, et fait intervenir un couplage local entre la courbure et la torsion qui permet d'expliquer l'existence d'un etat metastable observable sur une rondelle de caoutchouc. Une application a l'adn est envisagee.

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Coulon, Antoine. "Stochasticité de l'expression génique et régulation transcriptionnelle -- Modélisation de la dynamique spatiale et temporelle des structures multiprotéiques." Phd thesis, INSA de Lyon, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00538047.

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Abstract:

La nature stochastique de l'expression génique est maintenant clairement établie expérimentalement et apparaît comme une composante à part entière de la dynamique cellulaire. Une source importante de cette variabilité est liée au caractère dynamique des diverses structures multiprotéiques impliquées dans le processus d'expression génique. Nous étudions ici, par la modélisation, comment les interactions entre des molécules au comportement individuel probabiliste sont susceptibles de faire naître des dynamiques globales pouvant influencer l'expression génique. Nous nous concentrons plus particulièrement sur deux aspects du processus d'expression : d'une part, son caractère spatialisé au sein d'un noyau cellulaire structuré et dynamique et, d'autre part, la combinatoire des événements moléculaires stochastiques au niveau du promoteur d'un gène. Pour l'étude des phénomènes d'organisation mésoscopique au sein du noyau cellulaire, nous proposons un modèle de simulation "4D" (intégrant l'espace et le temps). Il emprunte différentes techniques aux formalismes des échelles inférieures (moléculaires) et supérieures (cellulaires), en gardant les aspects essentiels à notre étude (individualité de certaines molécules, exclusion stérique, interactions électromagnétiques, réactions chimiques . . .). Afin d'étudier spécifiquement la dynamique stochastique de la régulation transcriptionnelle, nous proposons un second modèle décrivant les événements d'association/dissociation et de modification de la chromatine en se basant sur l'affinité coopérative/compétitive des molécules et leur potentielle activité enzymatique ou de remodelage. Par des techniques analytiques et computationnelles, nous caractérisons alors l'activité du promoteur à l'aide d'outils de théorie du signal, mais aussi en reproduisant les mesures obtenues par diverses techniques expérimentales (cinétique de ChIP, FRAP, FRET, cytométrie de flux . . .). L'analyse de ce modèle démontre que l'activité spontanée du promoteur peut être complexe et structurée, présentant en particulier des dynamiques multi-échelles similaires à celles observées expérimentalement (turnover rapide des molécules, comportements cycliques lents, hétérogénéités transcriptionnelles . . .). Nous montrons enfin comment la confrontation de mesures expérimentales de diverses natures peut renseigner sur la structure du système sous-jacent. Ce modèle apparaît alors comme un cadre théorique général pour l'étude de la dynamique des promoteurs et pour l'interprétation intégrée de données expérimentales.

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Djafer-Cherif, Ilyas. "Descriptions continues et stochastiques de la matière active." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS216/document.

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Abstract:

Le but de cette thèse est d'étudier des moodèles simples d'agents "auto-propulsés": capables de générer du mouvement en consommant de l'énergie provenant de leur environnement, sans forçage externe. Deux modèles de ce type ont été étudiés lors de cette thèse:-Dans un premier temps un modèle de type "Vicsek" a été étudié, c'est à dire que les particules représentées par un couple (position,vitesse) ont une évolution régie par des règles simples d'alignement et d'auto-propulsion à vitesse constante. Ici, l'alignement est nématique: les particlules s'alignent selon leur grand axe, au contraire d'un alignement polaire il se fait indiféremment tête à queue ou tête à tête. Par rapport aux précédents modèles de ce type la première nouveauté est l'introduction d'une pseudo répulsion (dans l'esprit Vicsek, modélisée par un terme de type couple) donnant une extension spatiale à ces particules. La seconde nouveauté est la présence d'un "taux de retournement" qui rend compte du temps de persistence de la direction de l'auto-propulsion. Dans cette partie nous décrivons divers diagrammes de phases de ce nouveau modèle qui montrent de nouvelles phases non répertoriées précédemment: les arches mais aussi des bandes "smectiques", quelques propriétés de ces structures ont été mesurées. Des équations hydrodynamiques obtenues via la méthode "Boltzmann-Ginzburg-Landau" ayant par ailleurs été dérivées nous effectuons une comparaison: la plupart des phases ainsi que certaines de leurs propriétés sont retrouvés dans le modèle hydrodynamique.-Dans un second temps, nous étudions la bactérie Neisseria Meningitidis qui présente la particularité de générer des "pili", filaments de plusieurs micromètres de long. En dépolymérisant ces structures, à vitesse constantes (~1 µm/s), elle est capable de en générer des forces gigantesques pour le vivant (~100 pN). Cette bactérie a tendance à former des aggrégats sphériques, présentant toutes les propriétés d'un liquide, pour coloniser l'organisme de l'hôte.Des mesures de viscosité et de tension de surface de ces aggrégats ont montré le rôle crucial du nombre de pili. Fort de ces constats nous avons bati un modèle microscopique dont la particularité est l'introduction de potentiels stochastiquement attractifs, c'est à dire que les particles transitent entre un état attractif et un état diffusif. Cette partie retranscrit l'évolution du modèle au cours du temps. Nous avons pu reproduire certaines propriétés des aggrégats, nous avons notamment mis en évidence une variation de la diffusion entre le centre et le bord des aggrégats qui recoupe les données expérimentales
This thesis purpose is to study simple "self-propelled" agents models: they are able to generate motion by consumming energy comming from their environment, without external forcing. Two models of that kind have been studied:-In the first part a Vicsek-style model has been studied, that is we particles are modeled by a couple (position,velocity) which evolution is dictated by simple rules of alignment and self-propulsion at constant speed. Here the alignment is nematic particles align along their long axis and alignment is not polar, contrarily to a polar alignment particles don't discriminate between head and tail . Compared to previous models of this type, the first novelty is the introduction of a pseudo-repulsion (in the Vicsek-spirit, modelized by a torque-like term) providing spatial extension to these particles. The second addition is a flipping rate which renders the persistence time of the direction of self-propulsion. In this part we describe several phase diagrams of this new model which show new phases not previously classified: arches but also "smectic" bands, some propreties of these structures have been measured. Hydrodynamic equations from the "Boltzmann-Ginzburg-Landau" method have been also developped, comparisons are performed: the hydrodynamic model recovers most phases and some of their propreties.-In the second part we study Neisseria Meningitidis, a bacteria which particularity is to generate pili: filamentous structures several micrometers long. By depolymerizing these structures at constant speed (~1µm/s), it is able to generate gigantic forces for the living word (~ 100pN). This bacteria has a tendancy to form spherical aggregates, showing all propreties of a liquid, in order to colonize the host organism. Viscosity and surface tension measure of these aggregates have shown the crucial role of the pili number. Using these data we've built a microscopic model which particularity is the presence of a stochastically attractive potential, that is to say that particles are transiting between an attractive state and a diffusive one. This part relates the model evolution in time. We've ben able to reproduce some aggregate propreties, in particular we've highlighted a variation of the diffusion between aggregate center and edges which fits experimental data

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Paris, Alisier. "Développement d'un système micro-robotique sur puce microfluidique pour la manipulation sans contact en 3D de matériel biologique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS555.

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Abstract:

Au cours du XXe siècle la littérature de science-fiction a anticipé le développement de robots si petits qu'ils puissent entrer dans un corps humain pour y manipuler ses cellules, voire son ADN. Depuis le début du XXIe siècle cette vision prend corps dans le développement de la micro-robotique. Bien que loin d'égaler les prouesses de son alter-ego littéraire, la micro-robotique se développe dans de nombreuses directions et voit son panel d'applications s'étoffer. En parallèle, le développement de la microfluidique permet de disposer d'environnements très contrôlés pour la réalisation de travaux en biologie ou en chimie. Mais cette nature confinée apporte des contraintes quant aux options de manipulation du contenu des puces microfluidiques. Aussi, sans en être à pouvoir travailler in-vivo la micro-robotique peut offrir des options de manipulation mécanique in-vitro en microfluidique. Cette thèse vise le développement d'un micro-robot ayant pour fonction d'offrir des fonctionnalités de manipulations par vortex hydrodynamiques de matériel biologique au sein de puces microfluidiques. Voulant proposer un système complet nous nous sommes intéressés aux quatre parties composant notre micro-robot : le nageur microscopique ayant pour vocation à être intégré dans la puce microfluidique et à générer les vortex de capture ; les puces microfluidiques servant d'environnement de travail pour ce nageur ; l'installation électromagnétique permettant de manipuler le nageur par le biais de champs magnétiques ; et le logiciel informatique pilotant le robot. Les micro-nageurs proposés sont capables de se déplacer en deux comme en trois dimensions tout en étant capables de capturer, et donc de manipuler, des particules d'une dizaine de micromètre de diamètre sur des distances de plusieurs millimètres. Nous n'avons malheureusement pas eu la possibilité d'aller jusqu'à la preuve de concept avec du matériel biologique, mais nos démonstrations sur des particules de polystyrène sont très encourageantes. Les puces microfluidiques ont vu deux développements successifs. Un premier consistant à les rendre plus adaptées à des travaux biologiques à long terme par l'ajout de valves pneumatiques et d'option d'oxygénation sur des puces à intégration temporaire du nageur. Un second visant à rendre les puces plus rapides et faciles à fabriquer avec une intégration définitive du nageur, pouvant servir dans le cas d'études à fort besoin matériel, comme les études statistiques. L'installation électromagnétique a été étudiée pour pouvoir être intégrée dans des configurations géométriques complexes avec comme exemple une intégration réussie dans un microscope inversé, outil très utilisé dans les laboratoires de biologie. Enfin nous avons développé un logiciel de contrôle visant à offrir à notre robot une interface utilisateur facile à employer et des fonctionnalités automatisées d'analyse vidéo et de contrôle du nageur sur une simple acquisition d'image en 2D. Nous espérons que ces travaux pourront servir d'étape significative vers une application de la micro-robotique en biologie ou en médecine
During the XXst century science fiction literature anticipated the development of robots so small that they could enter a human body to manipulate its cells, or even its DNA. Since the beginning of the XXIst century, this vision has taken shape in the development of micro-robotics. Although far from equaling the prowess of his literary alter-ego, micro-robotics develops in many directions and sees its panel of applications expand. In parallel, the development of microfluidics makes it possible to have a highly controlled environment for carrying out work in biology or chemistry. But this confined feature brings constraints on the manipulation options of microfluidic chip content. Also, without being able to work in-vivo, micro-robotics can offer in-vitro mechanical manipulation options in microfluidics. This thesis aims to develop a micro-robot whose function is to offer functional hydrodynamic vortex manipulations of biological material within microfluidic chips. Wanting to propose a complete system we are interested in the four parts composing our micro-robot. The microscopic swimmer intended to be integrated into the microfluidic chip and to generate the capture vortices. The microfluidic chips used as working environment for this swimmer. The electromagnetic facility used to manipulate the swimmer through magnetic field. And finally the computer software used to drive the robot. The micro-swimmers proposed are able to move in two as in three dimensions while being able to capture, and therefore manipulate, particles of about ten micrometers in diameter over distances of several millimeters. Unfortunately we did not have the opportunity to go to the proof of concept with biological material, but our demonstrations on polystyrene particles are very encouraging. Microfluidic chips have seen two successive developments. One is to make them more suitable for long-term biological work by adding pneumatic valves and oxygenation option on chip with temporary integration of swimmer. A second aimed at making chips faster and easier to manufacture with a definitive integration of the swimmer, which can be used in the case of studies with a strong material need, such as statistical studies. The electromagnetic facility has been studied to be integrated into complex geometrical configurations with, for example, a successful integration in an inverted microscope, a tool widely used in biological laboratories. Finally, we developed control software to provide our robot with an easy-to-use user interface and automated video analysis and swimmer control features with a simple 2D image acquisition. Therefor we believe that the developed system show in this thesis could be an essential step towards biological or biomedical application of micro-robotic

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Cornet, Julie. "Étude numérique de la formation de domaines dans les biomembranes : des vésicules biphasiques aux récepteurs viraux." Electronic Thesis or Diss., Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30295.

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La membrane plasmique forme une barrière sélective pour la cellule, mais son rôle va bien au-delà d'une simple frontière. En effet, elle joue un rôle crucial dans les fonctions biologiques telles que l'endo et l'exocytose, la communication cellulaire ou l'adhésion. Il est actuellement largement admis que la répartition spatiale des lipides et des protéines membranaires n'est pas homogène mais que ces composants sont organises en nanodomaines, qui se sont avéres être des acteurs clés des fonctions biologiques susmentionnées. Combinant des outils analytiques de physique statistique et des simulations numériques, nous proposons dans ce travail un mécanisme physique pour cette organisation membranaire dans un modèle simple de vésicule biphasique. À l'échelle mésoscopique, nous décrivons la membrane avec un mécanisme de couplage composition-courbure. Nous réalisons des simulations Monte Carlo extensives pour différents paramètres de la membrane (concentration, courbure spontanée, affinité du mélange, tension de surface) et étudions ses états d'équilibre. Nous caractérisons la gamme de paramètres conduisant à des modulations de phases en dressant des diagrammes de phases à partir des résultats numériques et les comparons à ceux obtenus précédemment par les techniques analytiques de la théorie des champs. Différentes observables sont mesurées telles que les fonctions de corrélation et les distributions de taille de domaines pour extraire des informations sur les structures membranaires émergentes, telles que leur forme, leur taille ou leur espacement typique. En ce qui concerne la forme des domaines, nous analysons les trajectoires expérimentales de protéines membranaires (récepteurs au VIH) pour quantifier la forme des domaines et la comparer à nos simulations. Afin de proposer un mécanisme pour la structuration de la membrane pertinent à différents échelles, nous effectuons également des simulations de dynamique moléculaire gros-grains (MARTINI) de bicouches lipidiques, incluant des composants générateurs de courbure, à partir desquelles nous extrayons les paramètres physiques membranaires qui peuvent être injectes dans le modèle mésoscopique. Nous étendons notre modèle mésoscopique en étudiant l'effet de forces appliquées à la vésicule, inspires par le processus de division cellulaire au cours duquel les composants de la membrane se réorganisent et de telles forces sont en jeu
Plasma membrane forms a selective barrier for the cell, yet its role goes far beyond a simple frontier. Indeed, it plays a crucial role in biological functions such as endo and exocytosis, cell communication or adhesion. It is now widely agreed that membrane lipid and protein spatial repartition is not homogeneous but that these components are organized into nanodomains, which have proven to be key players in the above-mentioned biological functions. Combining statistical physics analytical tools and numerical simulations, we propose in this work a physical mechanism for this membrane organization in a simple model bicomponent vesicle. At the mesoscale, we describe the membrane with a composition- curvature coupling mechanism. We perform extensive Monte Carlo simulations for different membrane parameters (concentration, spontaneous curvature, mixture affinity, surface tension) and study its equilibrium states. We characterize the range of parameters leading to phase modulations by drawing phase diagrams from the simulation results and compare them to the ones previously obtained by analytical field-theoretic techniques. Different observables are computed such as correlation functions and domain size distributions to extract information about the emerging membrane patterns, such as their typical shape, size or spacing. With respect to domain shape, we analyse experimental membrane protein (HIV receptors) trajectories to quantify domain shape and compare it to our simulations. In order to propose a valid rationale for membrane structuring at different scales, we also perform coarse-grained molecular dynamics simulations (MARTINI) of lipid bilayers including curvature-generating components from which we extract the physical membrane parameters that can be plugged into the mesoscale model. We extend our mesoscale model by studying the effect of applied forces to the vesicle, inspired by cell division process during which membrane components reorganize and such forces are at play

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Azouzi, Slim. "Interaction de molécules antipaludiques avec des systèmes membranaires biomimétiques." Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1989.

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Abstract:

Au cours de cette thèse, nous avons étudié la possibilité d’utiliser des cibles membranaires pour le développement de nouveaux médicaments antipaludiques. Nous avons également proposé un protocole original pour l’étude du mécanisme d’action de certaines molécules à activité antipaludique. Nos travaux reposent sur la caractérisation à l’échelle moléculaire et nanométrique des interactions entre les molécules antipaludiques et des modèles membranaires mimant les membranes parasitaires. En utilisant diverses techniques biophysiques, nous avons montré que la sphingomyéline des membranes du Plasmodium pourrait être une cible intéressante pour les molécules potentiellement antipaludiques comme la Cyclosporine A. De plus, nous avons mis en évidence l’importance des membranes lipidiques dans le mécanisme de détoxification de l’hématine que le parasite met en œuvre en incorporant ces molécules dans un cristal inerte : l’hémozoïne. Ainsi, les observations AFM ont permis de visualiser pour la première fois et en temps réel la formation de ce cristal dans une bicouche lipidique. Enfin, nous avons montré que l’association des molécules antipaludiques avec l’hématine pourrait inhiber la formation de l’hémozoïne en empêchant l’insertion de l’hématine dans les membranes (cas de la chloroquine) ou en augmentant le pouvoir membranotrope de cette molécule (cas des dérivés pipéraziniques de l’acide ursolique)
In this thesis, we have studied the possibility to use membrane targets for the development of new antimalarial drugs. Furthermore, we have proposed an original protocol to study the mechanism of action of certain antimalarial drugs. Our work is based on the characterization at the molecular and nanoscale levels of the interactions between antimalarial drugs and membrane models mimicking parasite membrane. Indeed, using various biophysical techniques, we have shown that sphingomyelin membranes of Plasmodium could be an attractive target for many potential antimalarial compounds such as Cyclosporin A. In addition, we have demonstrated the importance of lipid membranes in the hematin detoxification that is implementing carried out by the parasite by incorporating these molecules in an inert crystal inert called hemozoin. Thus, the AFM observations have allowed us to visualize for the first time and in real time the formation of this crystal in a lipid bilayer. Finally, we have showed that the combination of antimalarial drugs with hematin could inhibit the formation of hemozoin by inhibiting of the insertion of hematin in the membranes (e. G. As in chloroquine) or by the increasing of the membranotrope effect of hematin (for e. G. Derivatives of piperazine ursolic acid derivatives)

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Hennequin-Marot, Elisabeth. "Utilisation des réactions nucléaires (neutron, α) et (neutron, proton) pour la détection d'isotopes stables en biologie." Rouen, 1986. http://www.theses.fr/1986ROUES023.

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Exemple de l'application en biologie des détecteurs solides de traces: localisation quantitative de la réaction nucléaire 6 lithium (neutron, alpha) 3 hydrogène dans l'étude du transfert placentaire du lithium, au cours du développement embryonnaire de la souris. Recherche des conditions d'obtention de détecteurs à bas mouvement propre dans le but d'appliquer la technique à la détection d'autres éléments tels que l'azote et l'oxygène

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Cottinet, Denis. "Diversité phénotypique et adaptation chez Escherichia Coli étudiées en millifluidique digitale." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00981358.

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Abstract:

Les bactéries jouent un rôle majeur dans notre environnement. Leur omniprésence vient de leur remarquable capacité d'adaptation. Mieux comprendre cette adaptabilité peut permettre de mieux les combattre ou mieux les utiliser. La diversité des phénotypes au sein d'une population, c'est-à-dire les différents caractères observables, et les mécanismes de diversification sont les ingrédients de l'adaptabilité des bactéries. Pour étudier l'adaptation, nous avons suivi l'évolution temporelle de la diversité au sein de populations d'Escherichia Coli lors de changements environnementaux. Nous obtenons une image de la diversité grâce à un outil de phénotypage en millifluidique qui permet d'acquérir les courbes de croissances de mille bactéries en parallèle. À travers trois exemples nous montrons la pertinence de cette approche pour lire les phénotypes d'une population et nous explorons les rôles de la diversification et de la sélection darwinienne sur les dynamiques d'adaptation observées. La variation de phase du gène ag43 et l'exposition à une concentration non létale d'antibiotique illustrent une première phase de l'adaptation régie par la compétition entre les phénotypes dont les probabilités d'apparition sont les plus élevées. Enfin nous étudions pendant trente jours l'adaptation d'une population dans un environnement épuisé. Nous observons une convergence vers un phénotype à quinze jours. Ce déterminisme est commun aux trois exemples. En revanche, la suite de cette expérience est imprédictible : l'observation est différente pour chaque répétition. Une seconde phase d'adaptation se joue, elle est dominée par l'apparition rare de mutations bénéfiques.

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Sarkis, Joe. "Mécanismes Moléculaires impliqués dans les Myopathies: Analyses des interactions Dystrophine-Lipides." Phd thesis, Université Rennes 1, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00678400.

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La caractérisation de l'interaction de différentes biomolécules avec les lipides constitue une étape cruciale pour la compréhension du comportement et du mode d'action de ces molécules avec les membranes cellulaires. Nous présentons ici des études biomimétiques d'une protéine musculaire. Des modèles membranaires et des méthodes biophysiques ont été utilisées. La dystrophine est une protéine filamenteuse essentielle pour le fonctionnement musculaire. Son absence ou sa modification suite à des mutations ont responsables de myopathies. Dans cette étude, nous avons analysé les propriétés de certaines répétitions homologues à la spectrine du domaine central de la dystrophine. Nous caractérisons les interactions spécifiques de deux sous domaines constitués des répétitions 1 à 3 et 20 à 24 avec les lipides. Nous montrons d'autre part, que l'interaction et l'organisation des répétitions 11 à 15 avec des membranes anioniques et zwitterioniques sont modulées par la courbure membranaire et le packing lipidique. L'analyse de propriétés rhéologiques de surface montre que les répétitions 11 à 15 forment un lien fonctionnel entre la membrane et les filaments d'actine du cytosquelette. Cette liaison mécanique contribuerait in vivo au rôle d'amortisseur de chocs attribué à la dystrophine lors des cycles de contractions-relaxations musculaires. Dans une dernière partie de ce travail, nous avons étudié la relation structure-activité d'un "de novo" peptide antimicrobien, K4. Nous identifions un mécanisme d'action de type detergent-like, conférant l'activité antimicrobienne.

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Barbieri, Carlo. "Des problèmes inverses en biophysique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00624691.

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Ces dernières années ont vu le développement de techniques expérimentales permettant l'analyse quantitative de systèmes biologiques, dans des domaines qui vont de la neurobiologie à la biologie moléculaire. Notre travail a pour but la description quantitative de tels systèmes à travers des outils théoriques et numériques issus de la physique statistique et du calcul des probabilités. Cette thèse s'articule en trois volets, ayant chacun pour but l'étude d'un système biophysique. Premièrement, on se concentre sur l'infotaxie, un algorithme de recherche olfactive basé sur une approche de théorie de l'information proposé par Vergassola et collaborateurs en 2007: on en donne une formulation continue et on en caractérise les performances. Dans une deuxième partie on étudie les expériences de micromanipulation à molécule unique, notamment celles de dégraffage mécanique de l'ADN, dont les traces expérimentales sont sensibles à la séquence de l'ADN: on développe un modèle détaillé de la dynamique de ce type d'expérience et ensuite on propose plusieurs algorithmes d'inférence ayant pour objectif de caractériser la séquence génétique. Finalement, on donne une description d'un algorithme qui permet l'inférence des interactions entre neurones à partir d'enregistrements à électrodes multiples et on propose un logiciel intégré qui permettra à la communauté des biologistes d'interpréter ces expériences a partir de cet algorithme.

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Raio, vilela Fernando Augusto. "Structural characterization of JIP3 recruitment by Kinesin-1." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS123.

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Abstract:

Le transport intracellulaire de cargos est un processus critique au sein des cellules eucaryotes, et notamment au niveau des neurones, pour contrôler différentes fonctions dont la maturation et la transmission synaptique. La kinésine-1 est un moteur moléculaire capable de transporter différents types de cargos, comme des organelles, des vésicules ou des assemblages macromoléculaires le long des microtubules. La kinésine-1 est un hétérotétramère constitué d’un homodimère de chaînes lourdes (KHC) associé à deux chaînes légères (KLC) ; les deux chaînes, KHC et KLC étant capables de recruter des cargos. L’un des premiers cargos de la kinésine-1 à avoir été identifiés sont les protéines JIP3/4 (JNK-Interacting Protein 3/4) ; elles jouent aussi un rôle de protéines adaptatrices pour le transport d’autres cargos de la kinésine-1. La kinésine-1 recrute les protéines JIP3/4 de deux façons distinctes et indépendantes (i) via KHC et (ii) via KLC. Le recrutement de JIP3/4 par KHC et KLC est capable, via des mécanismes moléculaires distincts, d’activer la motilité de la kinésine-1 et donc de contrôler le transport intracellulaire dans lequel elle est impliquée et les fonctions associées au sein des neurones.Au cours de mon travail de thèse, j’ai contribué à caractérisé par des approches bio-informatiques, biochimiques/biophysiques et structurales, les deux modes de recrutement des protéines JIP3/4 par la kinésine-1 : (i) via KHC et (ii) via KLC. Ce travail a permis d’apporter des nouveaux éléments pour comprendre le mode de recrutement de ces protéines cargos/adaptatrices par la kinésine-1, mais aussi de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de son activation par les protéines JIP3/4
The intracellular transport of cargos is a crucial process on eukaryotic cells, and notably in neurons, in order to regulate different functions as cell’s maturation and synaptic transmission. The Kinesin-1 is a molecular motor capable of transporting different types of cargos as organelles, vesicles and macromolecular assemblies along the microtubules. It is a heterotetramer composed by a homodimer of heavy chains (KHC) bound to two light chains (KLC), where both KHC and KLC are capable of cargos recruitment. One of the first identified cargos of Kinesin-1 is JIP3/4 (JNK-Interacting Protein 3/4), which are also adaptor proteins, intermediating the transport of other cargos. Kinesin-1 recruits JIP3/4 by two different and independent modes, (i) via KHC and (ii) via KLC. Therefore, JIP3/4 recruitment by KHC and KLC activates the motility of Kinesin-1, by distinct mechanisms, allowing the intracellular transport of cargos and the associated functions in neurons. During my PhD, I contributed to the characterization of the dual binding mode of Kinesin-1 and JIP3/4 by bioinformatical, biochemical/biophysical and structural approaches. This work allowed a better understanding of the cargos’ recruitment by Kinesin-1, as well as the molecular mechanisms of Kinesin-1 activation by JIP3/4

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Barberi, Luca. "Inferring forces from geometry in biology." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS438.

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Abstract:

Des forces intermoléculaires sur lesquelles nous avons peu de connaissances préalables sont souvent essentielles à la stabilité et à l'évolution des assemblages biologiques. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur deux de ces forces qui sont impliquées de façon critique dans la déformation soit des biopolymères, soit des membranes. Nous déduisons ces forces en conciliant la géométrie d'une telle déformation avec des modèles mécaniques simples. Dans la première partie de la thèse, nous examinons la force d'attraction entre les molécules d'ADN médiées par des cations multivalents. Cette attraction est nécessaire pour compenser la rigidité de l'ADN lors du confinement de grandes quantités d'ADN dans des environnements relativement petits, tels que les noyaux des spermatozoïdes. In vitro, les cations multivalents causent la condensation de l'ADN en faisceaux toroïdaux denses. Grâce à des données sur la géométrie de ces faisceaux, nous pouvons étudier la compétition entre les forces attractives et la rigidité de l'ADN. Nous inférons telles forces et proposons que la courbure toroïdale affaiblisse l'adhésion entre les molécules d'ADN. Dans la deuxième partie de la thèse, nous nous intéressons à la force de liaison d'un complexe protéique de remodelage membranaire, ESCRT-III, aux membranes cellulaires. Les protéines ESCRT-III s'assemblent en polymères qui remodèlent la membrane au cours de nombreux processus cellulaires, allant du bourgeonnement du VIH à la cytokinèse. Le mécanisme par lequel les polymères ESCRT-III déforment les membranes n'est toujours pas clair. In vitro, les polymères ESCRT-III peuvent transformer des vésicules membranaires sphériques en tubes hélicoïdaux. Nous proposons que les tubes hélicoïdaux résultent du positionnement particulier des sites de liaison membranaire sur la surface des polymères ESCRT-III. De plus, nous déduisons la force de liaison entre les monomères ESCRT-III et la membrane à partir de la géométrie des tubes hélicoïdaux
Inter-molecular forces on which we have poor prior knowledge are often essential for the stability and evolution of biological assemblies. In this thesis, we focus on two such forces that are critically involved in the deformation of either biopolymers or membranes. We infer these forces by reconciling the geometry of such deformation with simple mechanical models. In the first part of the thesis, we consider the attractive force between DNA molecules mediated by multivalent cations. This attraction is required to compensate DNA bending rigidity when packaging large quantities of DNA in comparatively small environments, such as the nuclei of sperm cells. In vitro, multivalent cations drive DNA condensation into dense toroidal bundles. Geometrical data on DNA toroidal bundles give access to the competition between inter-helical attraction and DNA bending rigidity. From these data, we infer inter-helical forces and argue that the toroid curvature weakens the adhesion between DNA molecules. In the second part of the thesis, we turn to the binding force of a membrane remodeling protein complex, ESCRT-III, to cellular membranes. ESCRT-III proteins assemble into membrane-remodeling polymers during many cellular processes, ranging from HIV budding to cytokinesis. The mechanism by which ESCRT-III polymers deform membranes is still unclear. In vitro, ESCRT-III polymers can reshape spherical membrane vesicles into helical tubes. We argue that helical tubes result from the peculiar positioning of membrane-binding sites on the surface of ESCRT-III polymers. Furthermore, we infer the binding force between ESCRT-III and membrane from the geometry of helical tubes

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Benoit, Matthieu. "Etudes biophysiques de l'interaction entre la protéine humaine TRBP et un précurseur de microARN oncogène." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01038628.

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Abstract:

Les microARNs sont une classe de petits ARNs non codants qui régulent l'expression des gènes via un mecanisme d'interference par ARN. Les microARNs humains sont produits par une série de réactions enzymatiques. En particulier, dans le cytoplasme le precurseur de miRNA (pre-miRNA) est reconnu et clivé par un complexe contenant l'enzyme RNAse III Dicer et plusieurs cofacteurs protéiques. La proteine TRBP (HIV TAR RNA binding protein) est l'un de ces cofacteurs et augmente la stabilité du complexe, influe sur la cinétique, la position du clivage et a role potentiel dans la reconnaissance du substrat et dans le transfet du produit vers le complexe RISC (RNA-induced silencing complex) effecteur de l'interference par ARN. TRBP est composé de 3 domaines de liaison aux ARN doubles brin (dsRBDs). La région d'interaction de TRBP avec les ARNs est composé des deux premiers dsRBDs liés par une région interdomaine non charactérizée. La présente étude rapporte la caractérisation biophysique in vitro de la région d'interaction avec les ARNs de TRBP dans l'état apo de TRBP ou dans l'état lié avec les deux precurseurs cytoplasmique successifs du microARN oncogène miR-155 comprenant la tige boucle pre-miR-155 et le duplex miR-155/miR-155* résultat du clivage de pre-miR-155 par Dicer. L'étude montre que la région d'intéraction de TRBP avec les ARNs est monomerique, est composée de deux dsRBDs independants en solution et que la région interdomaine de 60 résidus est flexible. Le premier dsRBD, non caractérisé précédement en solution est le siège d'un equilibre plié/déplié integral dans une grande gamme de conditions physico-chimiques. Les deux premiers dsRBDs de TRBP peuvent interagir avec un même precurseur de microARN et deux régions d'interaction de TRBP avec les ARNs peuvent interagir avec un même precuseur. La région d'interaction de TRBP avec les ARNs interagit avec pre-miR-155 et le duplex miR-155/miR-155* avec des affinités très similaires. Dans le complexe avec une région d'interaction de TRBP avec les ARN liée à pre-miR-155 ou au duplexe miR-155/miR-155*, aucune indice de contact entre les deux dsRBDs n'a été detecté et la protéine interagit avec les deux precurseurs par la même surface d'interaction. Les informations récoltées suggèrent que TRBP peut jouer un rôle avant et après le clivage des pre-miARN par Dicer, notamment dans le complexe de chargement de RISC.

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Kouzayha, Achraf. "Apport des systèmes biomimétiques et des outils biophysiques associés pour la compréhension des interactions peptides-membranes." Amiens, 2009. http://www.theses.fr/2009AMIE0112.

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Abstract:

Ces dernières années, la recherche a permis d’améliorer les connaissances des membranes biologiques. Ainsi, des interactions peptides-membranes ont pu être modélisées grâce au développement des systèmes membranaires biomimétiques et des outils biophysiques associés. Notre objectif était d’apporter des éléments pour la compréhension du rôle de la structure des peptides durant leur interaction avec les membranes biologiques. Lors de ce travail, deux peptides ont été utilisés. Le premier, l’alaméthicine, classée parmi les peptides antimicrobiens, a permis d’analyser les interactions hélice α-membranes. Le second, K3A18K3, est un peptide synthétique et la prédiction de sa structure secondaire donne une hélice. Nous avons utilisé différentes membranes biomimétiques, dont des monocouches de Langmuir et des bicouches lipidiques supportées. Ces modèles miment soit le feuillet lipidique externe, soit les deux feuillets de la membrane biologique. Les résultats obtenus démontrent que la structure secondaire de l’alaméthicine est indépendante de son environnement contrairement à celle du K3A18K3. L’organisation de ces deux peptides dans des monocouches lipidiques a été caractérisée par la microscopie à l’angle de Brewster (BAM). L’orientation et la structure secondaire de ces peptides à l’interface air-eau ont été déterminées par une spectroscopie infrarouge adaptée (PM-IRRAS). De plus, la RMN des solides en rotation à l’angle magique (MAOSS) a été appliquée pour des modèles de bicouches supportées sur film de PET en présence de peptides. Elle a permis d’analyser l’effet des peptides sur l’orientation des lipides, d’une part et l’orientation du peptide K3A18K3 synthétique marqué à 15N d’autre part. Ce travail a également contribué à l’amélioration d’un modèle de bicouches lipidiques supportées au sein de l’oxyde d’aluminium
Recent research contributed to our knowledge on biological membranes. Thus, the peptide-membrane interactions can be modelled due to the developments of biomimetic membrane systems and their biophysical tools. The present study investigates the role of peptide structure during the interaction with the biological membranes. This work was carried out on two peptides. The first one, alamethicin, a member of the peptaibol family, allowed analyzing the interactions between α-helical peptides and membranes. The second one, K3A18K3, is a synthetic peptide and its conformation was predicted as helix. Some biomimetric membrane models, such as Langmuir monolayers which mimics external leaflet and supported lipid bilayers which mimics both leaflets of the biological membrane were used. The results showed that the secondary structure of the alamethicin is more stable than those of synthetic peptide which depends on the environment. The organization of both peptides in lipid monolayers was characterized by Brewster angle microscopy imaging. The orientation and the secondary structure of these peptides at the air-water interface were determined by an adapted infrared spectroscopy (PM-IRRAS). Moreover, PET-supported bilayers in the presence of peptides were investigated by solid-state NMR spinning at the magic angle (MAOSS). The impact of both peptides on the lipid organization was analyzed and the orientation of K3A18K3, 15N-labelled, was determined. This work also contributed to the improvement of a tethered bilayer model inside aluminium oxide

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Sophie, Sacquin-Mora. "Représentations gros-grain pour la modélisation des protéines : Propriétés mécaniques et interactions." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00652917.

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Abstract:

Mes travaux de recherche portent sur le développement de modèles gros-grains et d'algorithmes pour l'étude des propriétés mécaniques des protéines et des interactions protéine-protéine. Sur le plan mécanique, le programme ProPHet (Probing Protein Heterogeneity) permet de sonder la rigidité protéique à l'échelle du résidu et d'étudier la réponse d'un système moléculaire soumis à une déformation anisotrope. Cette réponse mécanique peut être mise en rapport avec les propriétés structurales de la protéine concernée (notamment j'agencement de ses différents éléments de structure secondaire), mais aussi avec son fonctionnement biologique (comme l'activité enzymatique. Du point de vue des interactions protéine-protéine, l'analyse des résultats des calculs effectués avec le programme MAXDo (Macromolecular Association via Cross-Docking) sur une grille d'internautes )(WorldCommunityGrid) permet mieux comprendre la spécificité des phénomènes de reconnaissance protéique

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Mahieu, Emilie. "Étude du mécanisme d’action du protéasome PAN-20S par diffusion de neutrons aux petits angles résolue en temps." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY073.

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Abstract:

Les protéasomes sont de grands assemblages macromoléculaires ubiquitaires composés d’un complexe catalytique 20S et d’une particule régulatrice comprenant un module AAA-ATPase. Cette machine cellulaire est chargée de dégrader sélectivement les protéines intracellulaires pour permettre le renouvellement du protéome, éliminer les protéines défectueuses et contrôler de nombreuses fonctions biologiques. Le travail de cette thèse avait pour objectif de mettre à jour les mécanismes qui permettent aux complexes AAA-ATPase de déplier sélectivement les protéines substrat et de les transférer à la particule 20S, dans laquelle elles sont détruites. Pour cela, une approche novatrice a été utilisée en combinant la diffusion de neutrons aux petits angles résolue en temps (TR-SANS) avec la spectroscopie de fluorescence permettant de suivre l’activité biochimique. Le protéasome de l’archée hyperthermophile Methanocaldococcus jannaschii, a été utilisé comme système modèle. Il est composé de la protéase 20S et de la particule régulatrice AAA-ATPase PAN. Un variant de la protéine fluorescente GFP a été utilisé comme protéine substrat.Les données obtenues montrent que l’activité de dépliement de PAN génère des formes de GFP dénaturée formant des agrégats. En revanche, l’association avec la particule 20S prévient la formation de ces espèces et indique qu’une fois le dépliement d’une protéine par PAN engagé, les processus de transfert dans le complexe 20S et de dégradation sont étroitement couplés. L’analyse des spectres de diffusion neutronique du substrat GFP montrent que la population de GFP native disparait rapidement au profit des peptides générés par la protéase 20S, comme confirmé par une analyse en spectrométrie de masse. Cela démontre le caractère hautement processif du protéasome. Enfin, deux modes d'action de PAN ont été mis en évidence selon la quantité de protéines à dégrader par rapport au protéasome PAN-20S. Ces travaux permettent de valider expérimentalement un des modèles de fonctionnement du protéasome préalablement proposés et soulignent l’importance d’un contrôle de l’association des protéasomes in vivo. Cette étude met également en valeur l’intérêt de la technique TR-SANS pour étudier la dynamique fonctionnelle de grandes machines cellulaires
Proteasomes are large ubiquitous macromolecular assemblies composed of a 20S catalytic complex and a regulatory particle containing an AAA-ATPase module. This cellular machine is responsible for selectively degradation of intracellular proteins in order to allow proteome renewal, elimination of defective proteins and control of many biological functions. The objective of this thesis was to reveal the mechanisms by which the AAA-ATPase complexes selectively unfold substrate proteins and translocate them into the 20S particle, where they are destroyed. To this end, an innovative approach was used by combining time-resolved small-angle neutron scattering (TR-SANS) combined with fluorescence spectroscopy to monitor biochemical activity. The proteasome of the hyperthermophilic archaea Methanocaldococcus jannaschii was used as a model system. It is composed of the 20S protease of the regulatory particle AAA-ATPase PAN. A variant of the fluorescent protein GFP was used as a substrate protein.The data obtained show that PAN unfolding activity generates denatured species of GFP forming aggregates. The association with the 20S particle prevents the formation of these species and indicates that once the unfolding of a substrate by PAN is engaged, translocation into the 20S complex and degradation processes are closely coupled. Analysis of the neutron scattering spectra of the GFP substrate reveal that the native GFP population is rapidly disappearing in favor of peptides generated by the 20S protease, as confirmed by mass spectrometric analysis. This demonstrates the highly processive nature of the proteasome. Finally, two modes of action of PAN have been identified depending on the amount of proteins to be degraded compared to the PAN-20S proteasome. This work allows to experimentally validate one of the proteasome function models previously proposed and emphases the importance of controlling the association of proteasomes in vivo. This study also highlights the interest of TR-SANS technique to study the functional dynamics of large cellular machines

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De, Mets Richard. "Etude de la mécanotransduction : relation entre les forces de tractions cellulaires et la dynamique des intégrines." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY031/document.

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Abstract:

L’originalité du sujet de thèse, initié lors du stage de M2R consiste à mesurer les propriétés de mobilité des molécules d’adhérence de cellules mécaniquement contrôlées. Le contrôle des propriétés géométriques et mécaniques du substrat seront fixées grace a l'utilisation d'une lamelle de verre comprenant des motifs de matrice extracellulaire. Nous utiliserons plusieurs techniques de mesures de mobilités, permettant d'accèder à des échelles temporelles d'étude différentes ; La FCS permettant d'accèder au dynamique rapide ; Le FRAP pour accèder au dynamique lente
The originality of the project, initiated during the M2 internship, consist to measure the mobility of adhesive molecules of cells mechanically controlled.This control will be fixed thanks to a coverslip with adhesive protein pattern. We will next use different technics of mobility measurement to have information about different time scale : FCS for fast dynamics, FRAP for slow dynamics

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Borja, da rocha Hudson. "Collective effects in muscle contraction and cellular adhesion." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX072/document.

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Abstract:

Deux systèmes biologiques distincts, les muscles squelettiques et les sites d'adhésion de cellules kératocytes en mouvement, sont considérés dans un même cadre en raison de la similitude profonde de leur structure et de leur fonctionnalité. La réponse passive de l'un et de l'autre peut être modélisée à l'aide d'un grand nombre d'unités multi-stables couplées par des interactions à longue portée, et exposées à un désordre spatial fixé et un bruit thermique/mécanique. Les interactions à longue portée dans de tels systèmes conduisent à une synchronisation malgré les fluctuations temporelles et spatiales. Bien que les deux systèmes biologiques considérés présentent des différences structurelles importantes, nous montrons que l'on peut identifier une structure de verre de spin sous-jacente commune. À la lumière de cette analogie, ces systèmes vivants semblent être proches de points critiques et, à cet égard, le désordre gelé, reflétant l’incommensurabilité stérique des unités parallèles, peut être fonctionnel. Un autre paramètre important fixant la réponse est la rigidité interne du système qui couple les unités entre elles
Two biological systems, a half-sarcomere of a skeletal muscle and an adhesive cluster of a crawling keratocyte, are considered in parallel because of the deep similarity in their structure and functionality. Their passive response can be modeled by a large number of multi-stable units coupled through long-range interactions, frustrated by quenched disorder and exposed to thermal noise. In such systems, long-range interactions lead to synchronization, defying temporal and spatial fluctuations. We use a mean-field description to obtain analytic results and elucidate the remarkable ensemble-dependence of the mechanical behavior of such systems in the thermodynamic limit. Despite important structural differences between muscle cross-bridges and adhesive binders, one can identify a common underlying spin glass structure, which we fully exploit in this work. Our study suggests that the muscle machinery is fine-tuned to operate near criticality, and we argue that in this respect the quenched disorder, reflecting here steric incommensuration, may be functional. We use the analogy between cell detachment and thermal fracture of disordered solids to study the statistics of fluctuations during cellular adhesion. We relate the obtained results to recent observations of intermittent behavior involved in cell debonding, also suggesting near-criticality. In addition to the study of the equilibrium properties of adhesive clusters, we also present the first results on their kinetic behavior in the presence of time-dependent loading

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Bernauer, Julie. "Utilisation de la tessellation de Voronoï pour l'étude des complexes protéine-protéine." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00804990.

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Abstract:

La fonction d'une protéine est souvent subordonnée à l'interaction avec un certain nombre de partenaires. L'étude de la structure tridimensionnelle de ces complexes, qui ne peut souvent se faire expérimentalement, permettrait la compréhension de nombreux processus cellulaires. Le travail présenté ici se compose de deux parties. La première traite de la mise en place d'une fonction de score pour l'amarrage protéine-protéine et la deuxième de l'étude cristallographique d'une protéine tétramérique qui est une cible antibiotique potentielle : la thymidylate synthase X de Paramecium bursaria Chlorella virus. La modélisation des complexes protéine-protéine ou docking comporte deux étapes successives : d'abord, un grand nombre de conformations sont générées, puis une fonction de score est utilisée pour les classer. Cette fonction de score doit prendre en compte à la fois la complémentarité géométrique des deux molécules et les propriétés physico-chimiques des surfaces en interaction. Nous nous sommes intéressés à la seconde étape à travers le développement d'une fonction de score rapide et fiable. Ceci est possible grâce à la tessellation de Voronoï de la structure tridimensionnelle des protéines. En effet, les tessellations de Voronoï ou de Laguerre se sont avérées être de bons modèles mathématiques de la structure des protéines. En particulier, cette formalisation permet de faire une bonne description de l'empilement et des propriétés structurales des résidus. Cette modélisation rend compte l'empilement des résidus à l'interface entre deux protéines. Ainsi, il est possible de mesurer un ensemble de paramètres sur des complexes protéine-protéine dont la structure est connue expérimentalement et sur des complexes leurres générés artificiel- lement. Ces paramètres, sont la fréquence d'apparition des résidus ou des paires de résidus, les volumes des cellules de Voronoï, les distances entre les résidus en contact à l'interface, la surface de l'interface et le nombre de résidus à l'interface. Ils ont été utilisés en entrée de procédures d'apprentissage statistique. Grâce à ces procédures (apprentissage logistique, séparateurs à vaste marge (SVM) et algorithmes génétiques), on peut obtenir des fonctions de score efficaces, ca- pables de séparer les leurres des structures réelles. Dans un deuxième temps, j'ai déterminé expérimentalement la structure de la thymidylate synthase X, cible antibiotique de choix. La thymidylate synthase X est une flavoprotéine qui a été découverte récemment. Elle intervient dans la synthèse du dTMP chez la plupart des procaryotes mais n'existe pas chez les eucaryotes supérieurs. Cette protéine catalyse le transfert de methyle du tétrahydrofolate vers le dUMP grâce à son cofacteur le FAD et au NADPH qui intervient comme substrat. La structure tridimensionnelle de l'homotétramère de la thymidylate synthase X en présence de son cofacteur, le FAD, a été résolue à 2.4 Å par remplacement moléculaire. Comme pour les structures de thymidylate synthase X de Thermotoga maritima et de Mycobacterium tuberculosis précédemment résolues, le monomère se compose d'un coeur de feuillets β et de deux hélices α à son extrémité. Le site actif se trouve à l'interface de trois monomères, la partie isoalloxazine du FAD étant accessible au solvant et proche d'une longue boucle flexible. La fixation du FAD dans cette structure est légèrement différente de celles déjà observées par la conformation de la partie adénine. Cette structure, associée aux études de mutagénèse dirigée de nos collaborateurs, a permis de mettre évidence des résidus jouant un rôle majeur lors de la catalyse.

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Fuchs, Patrick. "Etudes bioinformatiques et biophysiques des coudes β dans les polypeptides. Applications aux protéines élastomériques élastine et abductine." Reims, 2001. http://www.theses.fr/2001REIMS010.

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Montagner, Caroline. "Approche biophysique de l'étude de l'insertion du domaine de translocation de la toxine botulique dans les membranes." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00264440.

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Abstract:

Les neurotoxines botuliques (BoNTs), toxines les plus efficaces connues, sont responsables du botulisme. Elles inhibent la libération d'acétylcholine aux jonctions neuromusculaires causant des paralysies flasques. Lors de l'intoxication, la BoNT se lie à ses récepteurs à la surface des neurones, puis est internalisée par endocytose. L'interaction de son domaine de translocation avec la membrane à l'intérieur de compartiments cellulaires acides permet le passage du domaine catalytique dans le cytosol. Le domaine de translocation de BoNT/A (Tm) a été exprimé à partir d'un gène de synthèse. L'insertion de Tm dans la membrane et son activité sont dépendantes du pH et apparaissent dès pH 5,5. Aucun changement de structure n'est détecté par spectroscopie. Cependant, la formation d'une structure quaternaire n'est pas exclue. L'activité de Tm est aussi sensible à la courbure de la membrane, ce qui pourrait permettre une régulation supplémentaire de sa fonction.

L'apomyoglobine appartient à la famille des protéines à repliement de type globine, comme certaines toxines bactériennes. Son interaction avec la membrane présente de fortes homologies avec celle du domaine de translocation de la toxine diphtérique. Ce processus à deux étapes (liaison puis insertion) est dépendant du pH et requiert le passage par un état partiellement replié. Pour chaque étape, les régions impliquées ont été localisées par des expériences d'échanges Hydrogène/Deuterium analysées par spectrométrie de masse. La liaison à la bicouche se fait par une hélice amphiphile, puis une hélice hydrophobe intervient pour l'insertion. Cette dernière n'est accessible qu'après formation de l'état partiellement replié.

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Héraud, Sandrine. "Adaptation de méthodes biophysiques et biomécaniques pour l'exploration des peaux reconstruites in vitro." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10307.

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Abstract:

On entend par substitut dermo-épidermique un épiderme reconstruit à la surface d'un derme équivalent composé de fibroblastes cultivés classiquement dans un biomatériau support, souvent à base de collagène poreux ou sous forme de gel. Ce support possède ses propres propriétés biomécaniques, influant sur la réponse biomécanique globale des peaux reconstruites, nous nous sommes donc intéressés à un modèle de peau reconstruite sans support, dans lequel le derme équivalent est « auto-assemblé » par les fibroblastes néosynthétisant leur propre matrice extracellulaire (MEC). Notre premier objectif a été d'optimiser et de caractériser ce modèle auto-assemblé en termes de structure, de reproductibilité et de fonctionnalité. Notre second objectif a été d'adapter aux peaux reconstruites in vitro (PR) des outils traditionnellement utilisés pour des études in vivo, pour explorer leurs propriétés biophysiques et biomécaniques. Ces outils permettent une exploration morphologique à des résolutions différentes avec l'échographie, la tomographie à cohérence optique (OCT) et la microscopie confocale à balayage et une exploration fonctionnelle des propriétés biomécaniques des PR par cutométrie. Ces données biophysiques ont ensuite été analysées par rapport aux résultats en histologie, immunohistologie et microscopie électronique à transmission. La cinétique de culture du modèle auto-assemblé sur un temps prolongé a montré la grande stabilité de l'épiderme et le remodelage continuel de la MEC avec notamment l'augmentation des fibres de collagène et d'élastine. Au temps de culture de référence sélectionné, correspondant à l'obtention de la différenciation terminale de l'épiderme, nous avons démontré la reproductibilité des épaisseurs de l'épiderme et du derme en histologie et en OCT, de la maturité de l'épiderme et de la jonction dermo-épidermique et de l'expression dermique de l'élastine colocalisée avec la fibrilline. Sur le plan fonctionnel, nous avons démontré la fonction barrière de l'épiderme via l'imperméabilité du stratum corneum et des jonctions serrées
A skin equivalent consist of a epidermis reconstructed on the top of a dermis equivalent classically composed of fibroblasts cultured into a biomaterial scaffold which is often a collagen gel or sponge. This scaffold hold its own mechanical properties, influencing the global skin equivalent biomechanical response, so we choose to develop a scaffold-free skin equivalent (SFSE), based on the ability of fibroblasts to synthezise their own extracellular matrix. Our first objective was to optimize and characterize the structure, the reproducibility and functionality of this scaffold-free model. Our second goal was to adapt biophysical and biomechanical tools classically used for in vivo evaluation to in vitro skin equivalents. Their morphology was explored with different resolutions using echography, optical coherence tomography (OCT) and laser scanning microscopy whereas biomechanical functionality was evaluate by a suction test, the cutometry. This biophysical data were compared to more classical histological, immununohistological and transmission electronic microscopy results. The long-term culture of the scaffold-free model showed the good stability of epidermis and the continuous remodelling of MEC with notably an increase of collagen and elastin fibers. We selected a reference culture time, corresponding to the complete terminal differentiation of epidermis. At this culture time, we showed the epidermis and dermis thickness reproducibity in histology and OCT, the constant epidermis and dermo-epidermal junction maturity and the dermal expression of elastin, colocalized with fibrillin. The barrier function of epidermis was also demonstrated via stratum corneum and tight junctions impermeability

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Demers, Éric. "Aspects biophysiques de l'interaction membranaire de la retinitis pigmentosa 2 et de la phosphodiestérase 6, deux protéines impliquées dans la rétinite pigmentaire." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28209/28209.pdf.

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Soule, Pierre. "Etude des mécanismes de translocation des peptides pénétrateurs de cellules (cpp) à l'aide de techniques biophysiques." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066563/document.

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La nécessité de délivrer des médicaments directement dans les cellules est grandissante avec le développement des thérapies géniques. Les peptides pénétrants (Cell Penetrating Peptides : CPP) représentent une possibilité pour administrer ces médicaments dans les cellules sans effet délétère sur la membrane. Ce sont des peptides d’une dizaine d’acides aminés, généralement cationiques. Ils sont capables de traverser la membrane cellulaire, et conservent cette propriété lorsqu’une cargaison leur est attachée. Cependant, leurs mécanismes d’entrée ne sont toujours pas tous connus. Nous avons caractérisé quelques aspects des mécanismes permettant aux CPP de traverser directement la membrane plasmique à l’aide de trois techniques biophysiques. i) Nous avons ainsi pu mettre en évidence le rôle des sulfates d’héparane comme partenaire d’adhésion forte du CPP pénétratine, à l’aide d’un outil de mesure de force : le Biomembrane Force Probe. ii) Nous avons montré la possibilité pour la pénétratine de franchir la bicouche lipidique (sans mécanisme cellulaire actif) si celle-ci est suffisamment riche en lipides chargés négativement. Ce passage a été étudié sur bicouches modèles, formées à l’interface entre gouttelettes obtenues par émulsion inverse dans de l’huile en présence de lipides. iii) Pour visualiser la translocation de CPP à l’échelle de la molécule unique nous avons développé un montage original de microscopie à onde évanescente sur bicouche suspendue
Gene therapy relies on an efficient and specific delivery of drugs into targeted cells. For this purpose, the use of carriers that will help the drugs to cross the membrane, without introducing deleterious effect due to the membrane disruption, are promising. A family of such carriers is known as Cell Penetrating Peptides (CPPs). These peptides are short, about ten amino acids, and often cationic. They are able to translocate through the membrane with different cargos and deliver them into the cytosol. However the mechanisms are still, to a great extent, unknown. We used three biophysical techniques to gain insights into the mechanisms leading to the translocation of a CPP. i) We found the heparan sulfates to be the strongest partner of the CPP penetratin at the cell surface. This adhesion has been pointed out using the Biomembrane Force Probe, a force measuring tool. ii) We evidenced the translocation of penetratin through the lipid bilayer (without any cell mechanism) as long as it contains enough negatively charged lipids. This has been carried out using model bilayers formed at the interface between droplets generated by an inverted emulsion: water in an oil and lipid mixture. iii) To view the translocation of CPPs at the single molecule level we developed a total internal reflection fluorescence microscope (TIRFM) on a suspended bilayer

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Dulin, David. "Observation de l'activité traductionnelle d'un ribosome unique par microscopie de fluorescence couplée à un système microfluidique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00538401.

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Abstract:

Dans ce mémoire sont présentées la conception et la réalisation d'une expérience portant sur l'étude en molécule unique de l'activité traductionnelle du ribosome procaryote. Pour ce faire, nous utilisons un ribosome et des acides aminés lysines marqués spécifiquement avec deux marqueurs fluorescents ayant des spectres d'émissions différents. Ainsi, nous pouvons colocaliser les ribosomes et les acides aminés incorporés en utilisant la microscopie de fluorescence par réflexion totale (TIRFM). Pour pouvoir compter les acides aminés incorporés, nous avons réalisé une étude en molécule unique des propriétés photophysiques du fluorophore organique les marquant, le Bodipy FL. Celui-ci a une faible durée de vie et clignote beaucoup. Afin de remédier à ces problèmes, nous avons développé un système permettant d'augmenter sa durée de vie d'un facteur 25 environ, et qui réduit le taux de clignotement pour de faibles intensités d'excitation. L'étude des ribosomes à proximité de la surface d'une lamelle de microscope nous a amenés à développer une chimie de surface n'autorisant qu'une accroche spécifique des espèces biologiques étudiées et conservant l'activité des ribosome. Ces études ont été réalisées à l'aide de cellules microfluidiques élaborées par nos soins permettant une grande flexibilité lors des expériences. Nous avons élaboré un marquage spécifique original du ribosome à l'aide d'un nanocristal semi-conducteur. Nous avons évalué la spécificité de l'accroche ainsi que l'activité du ribosome marqué en mesure d'ensemble. Nous avons ensuite observé l'activité de ces ribosomes marqués accrochés à une surface en molécule unique. Des expériences préliminaires en molécules uniques ont démontré que des ribosomes non marqués étaient capables d'incorporer les acides aminés marqués Bodipy FL . Enfin, nous présentons les premières étapes de conception d'une pince optique pour mesurer des forces de cohésion sur des structures particulières de l'ARN messager.

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Appolaire, Alexandre. "Etude des grands assemblages protéolytiques de la famille TET : processus d'oligomérisation et régulation fonctionnelle associée." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENV062/document.

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Abstract:

La protéolyse est une fonction clé de la cellule pour le maintien de l'intégrité du protéome, pour le métabolisme et pour la régulation de nombreux processus physiologiques. Le travail présenté dans cette thèse porte sur une famille de complexes peptidases cytosoliques auto-compartimentés et énergie indépendants découverts chez les Archées, les aminopeptidases TET. Chez l'Archée hyperthermophile Pyrococcus horikoshii, organisme modèle de cette étude, il existe 3 peptidases TET présentant chacune des spécificités de substrats différentes. Les caractérisations structurales des différents membres connus de cette famille de peptidases ont révélé un assemblage dodécamériques creux en forme de tétraèdre d'environ 450 kDa. Des études récentes ont montré l'existence de complexes adoptant la même conformation que les TET dans les 3 domaines du vivant. La première partie du travail présenté a permis d'identifier des marqueurs structuraux caractéristiques de l'assemblage tétraédrique afin de déterminer sans ambiguïté l'appartenance de ces complexes à la famille des TET. La seconde partie de l'étude a conduit à élucider la question de la multiplicité des TET chez les Archées hyperthermophile mise en évidence grâce à une étude phylogénétique initiée pendant la thèse. L'étude en co-expression de PhTET2 et PhTET3 révèle que ces aminopeptidases sont capable de former un hétéro-oligomère présentant une activité enzymatique accrue vis-à-vis des homo-oligomères. La dernière partie du travail porte sur les relations oligomérisation-fonction chez les peptidases TET. L'étude d'un mutant de l'oligomérisation de PhTET2 via une stratégie intégrative alliant biochimie, enzymologie, biophysique (SAXS et AUC) et des études in vivo a permis de mettre en évidence un processus d'assemblage contrôlé permettant d'augmenter l'efficacité de la peptidase. Enfin, la méthode de variation de contraste en diffusion de neutrons aux petits angles (SANS) appliqué à l'étude de l'hétéro-oligomère a permis de révéler une topologie rationalise du complexe hétéro-oligomérique favorisant la formations de poches multi-catalytique. L'ensemble de ce travail contribue à mieux comprendre l'importance et le rôle physiologique des machines TETs dans les cellules
Proteolysis is a key function in the cell for the maintenance of the proteome integrity, the metabolism and for the regulation of many physiological processes. The thesis work is focused on a family of self-compartmentalized energy-independent cytosolic peptidases discovered in Archaea, the TET aminopeptidases. Three different TET showing contrasted enzymatic specificities co-exist in the cytosol of the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus horikoshii, which is the model organism for this study. The structural characterization of the known members of this family shows that they self-assemble in a unique 450 kDa hollow tetrahedral structure . Recent studies have revealed the existence of peptidases complexes that adopt the same conformation in the three domains of life. The first part of this work allowed identifying structural markers to assign without any ambiguity uncharacterized peptidases to the TET family. The second objective of the work was to understand the multiplicity of TET peptidases in hyperthermophilic archaeon that was highlighted by a phylogenomic study presented in this work . The co-expression of PhTET2 and PhTET3 in E. coli revealed that the two proteins form a hetero-oligomeric complex with enhanced enzymatic activity compared to the homo-oligomers. The last part of the work addressed the question of oligomerization-function relationship in TET particles. A mutagenesis strategy was used to slow down the oligomerization process of PhTET2, and, using an integrative strategy combining biochemistry, enzymology, biophysics (SAXS and AUC) and in vivo studies we were able to dissect the oligomerization pathway of the TET particles and to demonstrate that it is a highly controlled process aim to enhance the activity of the peptidases. Finally, the contrast variation technique in small angle neutron scattering studies (SANS) allowed us to unravel the rational topology of the TET hetero-oligomers that favored the formation of multi-catalytic enzymatic pockets in the complex. All theses studies contributed to specify the biological importance of the TET molecular machines in the cells

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Robert, Hadrien. "Optical heating of gold nanoparticles and thermal microscopy : applications in hydrothermal chemistry and single cell biology." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0131/document.

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Abstract:

L’étude de phénomènes thermiques à l’échelle microscopique peut s’avérer compliquée à mettre en place, principalement à cause de l’absence de technique de mesure de température fiable. Dans ce contexte, une technique de mesure de température appelée TIQSI a été développée au sein de l’Institut Fresnel. Dans l’objectif d’étudier des phénomènes thermo-induit à l’échelle microscopique, j’ai monté un microscope capable de contrôler et de quantifier une élévation de température à l'aide de TIQSI et de nanoparticules d’or. Différents phénomènes ont ainsi pu être étudiés.La synthèse hydrothermale regroupe les réactions chimiques utilisant de l’eau liquide à des températures plus élevées que la température d’ébullition. L’utilisation de nanoparticules permet d’avoir de l’eau liquide à des températures supérieures à 100°C (état métastable). J’ai pu ainsi effectuer des réactions de synthèse hydrothermale sans autoclave ce qui constitue un nouveau concept en chimie de synthèse.Une cellule vivante peut-être endommagée par un stress de chaleur ce qui peut détériorer ses protéines. En réponse à ce stress, la synthèse de HSP permet la réparation des protéines endommagées. J’ai pu étudier la dynamique de réponse des HSP ce qui a permis d’illustrer l’intérêt d’une chauffe locale et de TIQSI pour ce genre d’expérience.Une autre application mêlant le surchauffage de l’eau liquide et la biologie a été abordée. Les organismes hyperthermophiles vivent à de très hautes températures (80-110◦C). J’ai pu durant mes expériences observer le déplacement d’hyperthermophiles. Cette avancée constitue les prémices d’expériences plus ambitieuses comme l’étude de l’interaction entre hyperthermophiles
Nowadays, thermal experiments at the microscopic scale remain challenging to conduct due to the lack of reliable temperature measurment techniques. To solve these problems, a label-free temperature measurement technique called TIQSI has been developed in the Institut Fresnel.With the objective to study new thermal-induced effects on the microscale using TIQSI, I built a microscope aimed to control heat diffusion on the microscale using nanoparticle. Thus, I could study different phenomena in chemistry and biology.Hydrothermal methods in chemical synthesis rely on the use of superheated liquid water as a solvent. It has been shown that gold nanoparticles can be used superheated water in a metastable state. I managed to conduct hydrothermal chemistry experiments using thermoplasmonics without autoclave which represents a new paradigm in chemistry.A living cell can be damaged by a heat stress which can misfold its proteins. To response to this stress, the HSP synthesis enables the reparation of misfolded proteins. I could study the heat stress response of HSP at short time scale which allowed me to illustrate the interest of using TIQSI and a local heat.As an application mixing superheating water and biology, I studied organisms that are able to live at high temperature (80-110°C) namely hyperthermophiles. Motion of these organisms has been studied without autoclave which paves the way to more sophisticated experiments such as the interaction between hyperthermophiles

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Nowacki, Laetitia. "Étude des effets antiprolifératifs de la bétanine extraite de betterave sur cellules cancéreuses humaines et de son mode d'action au niveau des membranes cellulaires." Thesis, Compiègne, 2014. http://www.theses.fr/2014COMP2024.

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Abstract:

Au cours de cette thèse nous avons étudié les propriétés anticancéreuses du pigment majoritaire de la betterave rouge : la bétanine, ainsi que son mode d’action. Nos travaux reposent sur une approche pluridisciplinaire. Nous avons tout d’abord mis au point un protocole d’extraction et de purification de la bétanine à partir de betteraves rouges fraîches. Plusieurs étapes de purification se terminant par la séparation des molécules d’intérêt sur HPLC semi-préparative sont nécessaires à l’obtention de la bétanine à un degré de pureté de 90 %, une qualité d’extrait jusqu’à présent inégalé. Nous avons ensuite évalué l’effet cytotoxique de notre extrait sur cellules cancéreuses. Nous avons pu démontrer son innocuité sur cellules non cancéreuses et identifier les voies de signalisation pouvant être impliquées. Nous avons ainsi pu avancer des pistes concernant le mode d’action de la bétanine sur les cellules, mais également soumettre pour la première fois l’idée d’une implication de l’autophagie dans la mort cellulaire induite par la bétanine. Enfin, nous avons montré, par des techniques d’analyse biophysique aux interfaces appliquées aux membranes cellulaires et biomimétiques, qu’indépendamment de son insertion jusqu’au cœur hydrophobe des membranes, la bétanine n’influait pas sur la fluidité et la perméabilité membranaire. Ce travail exploratoire confirme l’intérêt à porter à la bétanine qui, compte tenu de sa haute biodisponibilité, présente de nombreuses applications thérapeutiques potentielles
During this thesis we studied the anticancer properties of the major beetroot’s pigment: betanin. Our work is based on a multidisciplinary approach.First we developed a protocol for the extraction and the purification of betanin from fresh beetroots. Several purification steps ended by separation in semi-preparative HPLC are required to obtain a betanin at 90 % pure, which is the highest purity ever recorded. Then we assessed the cytotoxic effect of our extract on cancer cells and its safety on non-cancer cells. By identifying the signaling pathways that might be involved in these effects, we were thus able to suggest ways concerning the mode of action of betanin on cells, but also propose, for the first time, the idea of an involvement of autophagy in cell death induced by betanin. Finally, we have shown by interfacial biophysical techniques applied on cell and biomimetic membranes that, regarless to its deep insertion in the hydrophobic core of the lipid bilayer, betanin did not affect the physical properties of the membrane such as its fluidity or its permability.This scoping study confirms the interest to bring to betanin which, given its high bioavailability, has many potential therapeutic applications

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Hogan, Brenna. "Numerical study of blood microcirculation and its interactions with the endothelium." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX004/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’étude des interactions entre les globules rouges (GRs)et l’endothélium, la couche des cellules qui délimite les vaisseaux sanguins.Il a été démontré que l’endothélium et les GRs jouent des rôles actifs dans divers processus du système vasculaire, et leurs interactions produisent un signal bio chimique grâce à des moyens à la fois chimiques (molécules de signalisation) et mécaniques (taux de cisaillement sur les parois). D’abord,nous étudions le rôle des GRs, y compris dans des conditions pathologiques, dans la création de contraintes de cisaillement spatialement et temporellement dynamiques sur l’endothélium. Il a été montré que les contraintes de cisaillement constituaient un élément critique dans le déclenchement d’un signal bio mécanique depuis l’endothélium. Par ailleurs, étant donné qu’il a été montré que les parois des vaisseaux sanguins ondulent en raison des cellules endothéliales individuelles qui le composent, nous avons intégré à notre modélisation cette géométrie. On trouve que cette ondulation affecte la dynamique des GRs dans l’écoulement ainsi que le taux de cisaillement sur les parois. Nous étudions rapidement dans quelle mesure la déformabilité d’un GR affecte sa trajectoire dans un vaisseau ondulé. Pour cela, nous nous inspirons du processus de fonctionnement un appareil de déplacement latéral déterministe (DLD) qui utilise les variations de trajectoires des particules en fonction de leur taille pour les séparer dans l’écoulement. Nous étudions par ailleurs l’effet des suspensions de GRs sur les caractéristiques rhéologiques et les contraintes de cisaillement sur la paroi du vaisseau.Finalement, nous nous adressons à les interaction chimiques en développons un modèle numérique avec la méthode de Boltzmann sur réseaux-limite immergée (LB-IBM) pour résoudre la diffusion et l’advectiond’un soluté libéré par un particule en mouvement et déformable. L’oxygène et l’adénosine triphosphate (ATP) sont toutes les deux libérées par les GRs,se diffusent dans l'écoulement, et sont absorbées par l’endothélium. Ils représentent des facteurs de signalisation critiques pour les processus de l’inflammation et vasodilatation. Nous montrons que la morphologie des GRs affectera le temps de résidence et la dilution des espèces chimiques lorsqu’elles rentreront en contact avec la paroi du vaisseau. Ensemble, ces éléments nous conduisent vers la développement d’un modèle capable de simuler des processus vitaux du système vasculaire qui résultent d’événements locaux de composants individuels
This thesis is devoted to the study of the interactions between red blood cells (RBCs) and the endothelium, the monolayer of cells lining blood vessels. The endothelium and RBCs have been shown to be active participants in various processes in the vascular system, and their interactions trigger biochemical signalling by mechanical (wall shear stress) and chemical (signalling molecules) means. We first investigate the role of RBCs, including pathological conditions, in creating time- and space-varying shear stress on the endothelium. Shear stress has been shown to be a critical element in biochemical signalling from the endothelium. In addition, as it has been shown that the endothelium is undulating due to the individual endothelial cells comprising it, we take this into account in our model of the geometry of the vessel wall. We find that this undulation affects the dynamics of the RBCs in the flow and the wall shear stress. We briefly explore how the deformability of a single RBC affects its trajectory in undulating channels, inspired by the idea behind deterministic lateral displacement devices (DLDs) which exploit the differing trajectories of particles based upon their sizes to separate them in flow. We also investigate the effect of suspensions of RBCs in undulating channels on rheological properties and wall shear stress. Finally, we address the chemical interactions by building a numerical model with the lattice Boltzmann-immersed boundary method (LB-IBM) to solve advection-diffusion of solute released from moving, deformable particles. Oxygen and adenosine triphosphate (ATP) are both released by RBCs and are advected and diffused in the flow and uptaken by the endothelium and serve as critical signalling factors in inflammation and vasodilation. We find that the morphology of RBCs will affect the residence time and dilution of the chemical species upon contact with the wall. Together, these elements lead us towards the development of a model capable of simulating vital processes in the vascular system which result from local interactions of individual components

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Mangeol, Pierre. "Interaction entre la proteine ribosomique L20 et l'ARN 23S : sondage direct par piege optique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00873738.

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Abstract:

La thèse présentée est centrée sur des mesures de force appliquées à des ARN seuls ou en interaction avec une protéine. L'un des plus grands défis posé par l'ARN provient de sa structure, notamment parce que les interactions de ses bases ne se limitent pas aux paires de type Watson-Crick et que les interactions tertiaires sont courantes. Les mesures de force donnent des informations complémentaires aux mesures classiques, car elles permettent de sonder directement les interactions complexes de l'ARN et fournissent des paramètres thermodynamiques inaccessibles autrement. L'étude de l'interaction protéine-ARN par mesure de force permet également d'accéder à des caractéristiques que les autres techniques ne peuvent pas offrir. Néanmoins avant d'atteindre les promesses de ce type de mesure, il faut concevoir un montage adapté et optimisé. Une première partie de la thèse a été dédiée à la conception d'une double pince optique permettant l'étude des ARN avec une résolution proche de la paire de base, en implantant notamment des améliorations techniques jusque là absentes de la littérature. La suite de la thèse s'est attachée à des études biologiques. Nous avons commencé par sonder l'interaction de la protéine ribosomique L20 avec son ARN cible dans le ribosome. Nous avons montré que cette protéine très importante dans les premiers stades de la formation du ribosome, stabilise fortement son ARN cible. Nous avons également déterminé son site de fixation à trois bases près. Nous avons ensuite débuté une étude sur des ARN synthétisés pour l'étude d'une hélicase à motif DEAD en caractérisant leurs réponses à une sollicitation mécanique.

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Socrier, Larissa. "Influence de la localisation d’antioxydants sur la peroxydation des lipides membranaires : étude du mode d’action de dérivés PBN et de composés phénoliques." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2382/document.

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Abstract:

Les espèces réactives de l’oxygène (EROs) sont essentielles à la survie des cellules car elles interviennent dans divers processus physiologiques comme la défense immunitaire ou encore la régulation de voies de signalisation cellulaires. Cependant, un excès d’EROs peut créer un déséquilibre de la balance EROs/antioxydants appelé « stress oxydant ». Le stress oxydant étant impliqué dans l’étiologie de plus de 200 pathologies, l’action des antioxydants est cruciale pour limiter les effets délétères des EROs. Les antioxydants utilisés par les cellules peuvent être de nature chimique. Parmi ceux-ci, l’α-phenyl-N-tert-butyl nitrone (PBN) est particulièrement efficace en milieu biologique pour piéger les radicaux. Cependant, comme cette molécule présente le désavantage majeur de mal cibler les membranes, des nitrones amphiphiles dérivées de la PBN ont été synthétisées. Le premier chapitre décrit l’étude des interactions de nitrones dérivées du cholestérol avec les lipides membranaires. Ces travaux ont souligné l’influence du groupement polaire sur la nature des interactions avec les lipides membranaires. Aussi, l’étude des propriétés antioxydantes a permis de mettre en évidence l’importance de la localisation membranaire et l’influence de l’orientation du groupement PBN sur l’activité protectrice des dérivés. Le second chapitre décrit les résultats des expériences menées avec une deuxième série de dérivés amphiphiles, présentant la particularité d’avoir une chaîne perfluorée comme groupement hydrophobe. Bien que la localisation membranaire de ces dérivés soit nécessaire pour obtenir un effet protecteur significatif, la nature de l’antioxydant semble être ici le paramètre le plus important. Enfin, la combinaison d’antioxydants de nature différente sur une même molécule semble être une stratégie prometteuse pour améliorer l’efficacité antioxydante et créer un effet de synergie. En outre, pour se défendre, les cellules utilisent aussi des antioxydants issus de l’alimentation, en particulier des fruits et légumes. Parmi ces derniers, les composés phénoliques sont reconnus pour leurs effets bénéfiques sur la santé. Les flavonoïdes, les acides phénoliques, les stilbènes et les lignanes constituent les 4 classes principales de composés phénoliques. Les lignanes sont particulièrement présents dans les graines de lin (Linum usitatissimum). Le lin est la plante qui contient le plus de secoisolaricirésinol diglucoside. Afin de mieux comprendre leur fonctionnement et leurs interactions avec les lipides membranaires, plusieurs molécules appartenant à cette classe de composés ainsi que des acides hydroxycinnamiques ont été purifiées à partir du lin. Le troisième chapitre décrit les résultats des expériences menées avec les composés phénoliques extraits du lin. De manière générale, les composés testés se sont avérés efficaces pour protéger les lipides membranaires de l’oxydation. L’étude de leurs interactions avec les lipides membranaires a permis de montrer que le mode d’action des lignanes, qui pénètrent les membranes, est plus efficace que celui des acides hydroxycinnamiques
Reactive oxygen species (ROS) are essential in living cells as they intervene in several physiological processes like the immune system and signaling pathways. However, an excess of the production of ROS can alter the equilibrium with antioxidants. This imbalance is called oxidative stress. As oxidative stress has been reported to be implicated in more than 200 diseases, the action of antioxidants to limit the deleterious effects of ROS is crucial. The antioxidants used by the cells can be chemical. Among them, α-phenyl-N-tert-butyl nitrone (PBN) is widely used in biological systems to neutralize ROS. Because this molecule possesses a poor ability to target membranes, our collaborators synthesized amphiphilic nitrones bearing a PBN moiety. The first chapter describes the interactions of cholesterol derived PBN derivatives with the membrane. Results underlined the influence of the polar moiety on the nature of their interactions with membrane lipids. In addition, the evaluation of the antioxidant properties revealed the importance of the membrane localization of the nitrone moiety on the protective activity of the derivatives. The second chapter deals with a second set of amphiphilic nitrones that have the particularity of bearing a perfluorinated chain that constitutes the hydrophobic moiety. We noticed the membrane localization is important for the antioxidant efficiency; however the nature of the antioxidant moiety remains the most important parameter in this case. Finally, the strategy of grafting two different antioxidants on the same carrier seems to be promising to enhance the protective effect and create a synergistic antioxidant effect. However, cells also use natural antioxidants to defend themselves. These antioxidants come from food, especially from vegetables and fruits. Among them, phenolic compounds are known for their beneficial effects on health. Flavonoïds, phenolic acids, stilbenes and lignans constitute the 4 main classes of phenolic compounds. Lignans are particularly present in flaxseed (Linum usitatissimum). Flaxseed is the plant that possesses the highest quantity of secoisolariciresinol diglucoside. In order to understand their mechanisms of action and their interactions with membranes, lignans as well as hydroxycinnamic acids were purified from flaxseed. The third chapter describes the results obtained on model membranes. Generally speaking, both classes of compounds are efficient against lipid oxidation. Studying their interactions with membrane lipids allowed us to show that the mechanism of lignans, that penetrate membranes, is more efficient than the mechanism of hydroxycinnamic acids

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Dissertations / Theses on the topic 'Biologie. Biophysique'

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