Fluorescence microscopy and spectroscopy are in-vivo compatible techniques that are currently standard tools to address questions related to the organization and the dynamics of biological systems. The development of super-resolution microscopy over the last 30 years has enabled scientists to investigate such systems below the diffraction limit of light with a near-molecular spatial resolution. Although fluorescence is by nature an environment-sensitive process, common fluorophores for super-resolution microscopy typically lack chemical sensitivity to their environment and are thus merely used as labels of the position of the molecule to which they are attached or bind. Based on this observation, the work presented in this thesis addresses novel possibilities to introduce both chemical and physical sensitivity in fluorescence spectroscopy and imaging studies relying on fluorescent probes compatible with both biological environments and single-molecule based super-resolution microscopy.

The (m)TOR pathway regulates cellular metabolism through sensing extra- and intracellular signals. TOR kinase in yeast (mTOR in mammals) assembles in two complexes. While the function of (m)TOR Complex 1 is well established, less is known about (m)TOR Complex 2, mainly due to the lack of specific inhibitors. The study presents a small amphipathic molecule, palmitoylcarnitine, and its derivatives that inhibit (m)TORC2 by intercalating into the plasma membrane (PM) and decreasing its lipid order. The use of cholesterol, an order-modifying lipid, confirmed that (m)TORC2 is sensitive to the PM lipid order. Even under the continued presence of palmitoylcarnitine, (m)TORC2 recovers from inhibition. We showed that the recovery requires a regulation loop between TORC2 and two sterol transporters, Lam2 and Lam4, suggesting the role of sterols in TORC2 recovery. We present details of the connection between PM and (m)TORC2 regulation. These findings may shine a new light on pathologies involving the pathway.

The microtubule cytoskeleton is a dynamic network that rapidly adapts to changes in the cellular environment. This rapid reorganization results from a tight regulation of the microtubule dynamics. Microtubules undergo phases of growing and shortening through the addition and removal of tubulin dimers at their ends. However, microtubule dynamics is not just controlled at the microtubule ends, but also depends on tubulin exchange all along the shaft of microtubules. Shaft dynamics is a powerful regulator of the microtubule lifespan: shaft damages generated by dissociation of tubulin dimers get repaired by incorporation of fresh tubulin dimers. These repair sites act as rescue sites where a depolymerizing microtubule stops shortening and starts to re-grow. Therefore, the more a microtubule is damaged/repaired, the longer is the lifetime and the length of the microtubule. Given the importance of shaft dynamics, a functional microtubule network relies on the regulation of end- and shaft-dynamics. However, the relevance of shaft dynamics within a cellular context has not been fully explored. Molecular motors use microtubules as roads to transport cargoes within the cell. In this thesis I present that the traffic of kinesin-1 motors also modifies the microtubule tracks while walking on them. First, I demonstrate in vitro that kinesin-1 increases microtubule shaft renewal and, consequently, the microtubule rescue frequency in a concentration-dependent manner. As a result of an increased number of rescue events, microtubules are longer and have an increased lifetime. In cells, an increase in kinesin-1 activity increases the microtubule rescue frequency which ultimately results in a densification of the microtubule network. This local densification of the network changes the shape and polarity of the cell. Second, I reveal that this property of kinesin-1-induced damages along the microtubule shaft is a mean to decrease the levels of acetylation, a tubulin post-translational modification occurring within the microtubule lumen. I demonstrate that the deacetylase HDAC6 relies on microtubule shaft damages as entry sites into the lumen, whereas αTAT 1 acetylation activity is independent from these entry sites. Third, I show that the modulation of microtubule shaft damages by different proteins might be a general mechanism to tune the acetylation array within the cell. Taken together, these results provide a new perspective on the interaction between the molecular motor kinesin-1 and the underlying microtubule network. In addition of transporting cargoes, kinesin-1 modifies the dynamics, lifetime and composition of the microtubules used as tracks. These local changes drive an overall reorganization of the microtubule network which could underlie cell polarization and migration.

Flipper-TR® was introduced to image membrane tension in living cells. Targeting strategies to study processes with the fluorophore located in specific membranes are emerging. In this thesis, strategies to target the fluorophore to early endosomes (EE) were explored. Using weaker acids bearing ammonium cations, the endolysosomal network could be targeted. With careful tuning of the pK_a values of the headgroups attached to the fluorophore, tracking rules were discovered in this study. Probes with higher pK_a values lead to better staining of EE, due to protonation at the higher pH inside the EE. The first series of EE flippers was based on differently substituted benzylamines and later extended to flippers mimicking amino acids Lysine and Arginine. These new flipper probes were used to study the initial stages of endocytosis. Secondly, the central mechanosensitive bond of the flipper probe was modified by introduction of alkyne bond(s), and first spectroscopic studies performed.

This thesis has been divided into four projects exploring various applications of peptide nucleic acids (PNA) in library screenings and DNA detection. The first two projects used PNA to improve previously reported screening strategies: dynamic combinatorial libraries (DCLs) and DNA-encoded chemical libraries (DELs). The other two projects were motivated by the imminent need to understand, detect, and neutralize the SARS-CoV-2 during the COVID-19 pandemic. This led us to study the immunodominant linear epitopes of SARS-CoV-2 very early on in the outbreak, and to develop a dual-readout DNA-detection method for SARS-CoV-2 later on.

Clathrin-mediated endocytosis (CME) is a conserved Eukaryotic trafficking pathway that is driven by a sequentially self-assembled molecular machinery of over 50 different proteins. What protein-protein interactions regulate assembly of the endocytic machinery? I describe how the most abundant PPI domain family in CME – SH3 domains – regulate endocytic protein assembly in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae, combining mutagenesis with live cell fluorescence microscopy. My data suggest that most SH3 domains regulate recruitment of their own SH3 protein and SH3 domains that recruit other endocytic proteins do not promote recruitment of their own SH3 protein. Furthermore, multiple SH3 domains mediate the same endocytic component, the Las17/Vrp1 complex (LVC), and interfere with each other. The SH3 interaction network coordinates LVC assembly and dissociation dynamics. My results provide a dynamic map of SH3 functions in yeast endocytosis that can help SH3 research in a broad biological and medical context to conceptualize SH3 interaction networks.

Since their discovery in the late 1960s, polydiacetylenes (PDA) have been in the limelight of scientific research. Upon external stimuli, such as heat, applied force, irradiation or addition of various molecules, they show unique mechanochromic characteristics, i.e. they change their colour from blue to red, and turn fluorescent. Despite the great progress, there are still many open questions in the field of polydiacetylenes: for instance, the exact mechanism of the colour change is still not clear, while the force sensing capabilities of PDA have not yet been exploited either due to the lack of quantitative analyses on their mechanochromic response. Thus, this thesis aims at addressing some of these questions and tries to help disambiguate the picture on the phase change of polydiacetylenes triggered by three different stimuli: force, addition of biomolecules and laser irradiation.

The main goal of this thesis was the development of capacitive readout technique by using an electronic capacitor instead of a solid-contact material to overcome the main drawbacks of constant potential coulometric readout. The capacitor can be adapted to amplify the current signal with ease, making this technique applicable to various ion sensing. Importantly, the current baseline drift is minimized owing to the ideal capacitive behavior of electronic capacitor. The concept has been extended to all-solid-state membrane electrodes. We reported the use of an electronic circuit to automate the control of the capacitive readout. Discharging the capacitor is executed by short circuiting after each chronoamperometric measurement. Furthermore, the development of a portable device for constant-potential coulometry is presented. A small potentiostat along with dedicated electronic circuits are integrated and fitted in a small box. Finally, a mathematical model is presented to describe the effects of exponential decay currents on the concentration polarization of ion-selective membranes. This approach improved sensitivity and gave higher precision than the traditional potentiometric probes.

Thiol-mediated uptake is receiving increasing attention as an innovative way to penetrate cells. Taking advantage of dynamic thiol-disulfide exchanges at the cell surface, both polymeric and small molecule transporters were introduced by our group, achieving excellent cellular uptake properties with minimal toxicity. Studying the dynamic covalent chemistry of such transporters, we could better understand their mode of action to try and improve their efficiency, and gain access to dynamic covalent oligomers in a controlled fashion.

Water is the source of life, and its rich electrolytes play a pivotal role in all life on Earth. Back to human beings, the electrolyte concentration and distribution in the body are closely associated with health, thus solid-state ion-selective electrode (ISE) meet this need just perfectly to be made into a wearable sensor to monitor the concentration of various ions in the human body at any time. Although the best available ionophore-assisted ion-selective membrane (ISM) based ion-selective electrode has been developed for over a century, all-solid-contact ion-selective electrode still faces the problem of lack of stability. Many researchers have found that the electrochemical signal disruption is due to the condensation of water molecules forming a so-called water layer between the solid support of the electrode and ion-selective membrane. The addition of the lipophilic transducing material behind the membrane has indeed suppressed the water layer formation for a certain period of time. Additionally, conventional ion-selective membrane potentiometry is a passive method for ion detection. However, the new alternative approach attracts a lot of attention, thin-film cyclic voltammetry can provide multi-ions detection, lower detection, and responding time manipulation. The fundamental theory of the ion-to-electron transfer was well understood, but in practical use, the transducing layer, commonly made of poly(3-octylthiophene) (POT) or the other derivatives (PEDOT-C₁₄), is not reproducible for the ion-selective electrode from batch to batch, as well as the voltammetric current is the contribution of electron-transfer coupled with the ion-transfer, where it is hard to analyze the deviation of ion sensing coming from the transducing layer or ionophore selectivity effect on the ion-transfer. This thesis shows the approach to separate the two transduction events at each interface (electrode/membrane and membrane/sample) with their phase boundary potentials and then we further developed the thin-film cyclic voltammetry technique in analytical chemistry. A promising practical use for solid contact thin-film ion-selective electrodes is present and pushes forward the development of this field.

In 2016, as a basis of this PhD dissertation, our group published a study reporting the late-stage regioselective functionalization of dimethoxyquinacridinium (DMQA). In that report, many functional groups were introduced on the DMQA scaffold and the resulting (chir)optical properties of newly prepared compounds were studied. Yet, access to some desired derivatives remained elusive. Via two herein, synthetic strategies (Seyferth-Gilbert homologation and Sandmeyer reaction) applied on derivatives of cationic diaza [4]helicenes, two new key DMQA derivatives; iodo and ethynyl were prepared . With these molecules in hand, new routes to further post-functionalization were now reachable. This PhD. has mainly focused on their use as common precursors in synthesis of various series of [4]helicene compounds (partially also on functionalized triangulenes) and on follow-up investigations of their structural, electronic and (chir)optical properties.

Multiscale methods allow to model the effect of a specific environment on a system of interest. Among them, Frozen-Density Embedding Theory (FDET) is an exact theory based on DFT where the system of interest is modeled by means of a wavefunction, and the surrounding environment by means of its electron density, while keeping a quantum-mechanical treatment for the whole space. There are several options to obtain the environment density. Each of these interplays with specific aspects of FDET and of the approximations made in practical calculations in ways which are not easy to predict. This work investigates both the relation between the environment density and the quality of the results and novel options to obtain the environment density.

Notch signalling pathway is evolutionarily conserved, in phylogenetically distant species from Drosophila (Insecta) to Zebrafish (Teleostei). Previous studies in the Gonzalez-Gaitan laboratory unravelled the role of SARA endosomes in the regulation of the Notch signal pathway showing that the controlled segregation of these endosomes in asymmetric cell division controls signalling through this pathway. The mechanisms leading to asymmetric SARA endosome segregation were characterized in fly sensory organ precursor by Derivery et al. In Zebrafish spinal cord, Kressmann et al. found that SARA1 endosomes were asymmetrically inherited between daughter cells during neural precursor cell division. However, the mechanism leading to the asymmetric segregation of SARA1 endosomes in Zebrafish remains unknown. In this work, I investigate the Zebrafish homologues of the fly proteins characterized by Derivery et al. to uncover the mechanism responsible for SARA1 endosome segregation in neural precursor cell divisions in a vertebrate. The characterization of this mechanism allows to understand the neurogenesis and development of Zebrafish central nervous system with potential translation in mammals and human biology.

Mechanical and biochemical signals play important roles in development and disease. Plasma membrane acts as a mechanochemical transducer to mediate vital processes. We wondered how mammalian cells can regulate their plasma membrane tension in response to osmosis and its interplay with cell volume regulation. We demonstrate the existence of a coupling between plasma membrane tension and cell volume well described by passive physical mechanisms. To understand the role of biochemical signals, we depleted caveolae and inhibited ion transporters and channels, mTORCs, and the cytoskeleton to prove that this coupling is regulated by the excess membrane buffer and is thus partially independent of specific regulatory mechanisms of tension and volume. Additionally, we observed that cell volume and plasma membrane tension coupling is maintained even after multiple cycles of osmotic shocks. Altogether, these findings underlie the robustness of the coupling between plasma membrane tension and cell volume.

ntracellular delivery is an essential challenge for drug development, as low membrane permeability limits the potential of bioactive macromolecules. Thiol-mediated uptake (TMU), operating via dynamic covalent chemistry between exofacial thiols/disulfides of membrane proteins and thiol-reactive species, has appeared as an efficient way for cytosolic delivery. Inhibition of cell-surface thiol is an essential feature of TMU. In this thesis, new scaffolds for TMU were explored. Carbon-based thiol-reactive moieties were known early on to promote cellular delivery. Here, Michael acceptors were studied to enable and inhibit TMU. Different reactivity of thiol-reactive species correlated with different inhibition activity, however additional interactions, such as halogen bonding, improved inhibitors' performance. Successful cytosolic delivery of fluorophore and protein was performed using Michael acceptor as a transporter. Another scaffold, benzopolysulfane, able to create dynamic networks, significantly exceeded the uptake of other transporters. Studies of polysulfide properties and their interactions with thiols were investigated based on naphthalenediimide-polysulfane scaffold.

The earth is a planet of water where diverse living organisms have flourished and gone extinct. In any activity of living organisms, ions, electrically charged species, play an important role and therefore the sensing of ionic species has always been of great importance. Ion-selective optical sensors which derived form ion-selective electrodes (ISEs), or optodes are one of the most powerful tools to quantitatively visualize ionic species. Optodes typically contain an ionophore (selective ligand of ions), an ion-exchanger and an optical reporter and take a form of membrane or particles. Optodes continue to demonstrate tremendous potential across a wide range of applications due to their high versatility and low cost. In this thesis, both polymeric membrane and nanoparticle optodes will be presented. Ever since the 90’s, optodes have upon ion-exchange reactions involving an analyte and an optical transducer. Unfortunately, due to the limited selectivity of the available ionophores for polyions, this mechanism has suffered from severe interference in complex sample matrices. Chapter 2 will describe a new type of nanosensor based on the discovery of a “hyper-polarizing lipophilic phase” in which dinonylnaphthalenesulfonate (DNNS) polarizes a solvatochromic dye much more than even an aqueous environment. We have found that the apparent polarity of the organic phase is only modulated when DNNS binds to large polyions such as protamine. Our new sensing mechanism allows solvatochromic signal transduction without the transducer undergoing ion exchange. This is the first optode which does not utilize ion exchange for optical signal transduction. The result is significantly improved sensitivity and selectivity, enabling for the first time the quantification of protamine and heparin in human plasma using optical nanosensors. Chapter 3 will discuss on the precise mechanism of the hyperpolarization-based sensor. More specifically how protamine, the arginine-rich target polycation, behaves during optical signal transduction and the origin of the dramatically improved selectivity will here be clarified. Based on thermodynamic parameters and zeta potential analysis, we have observed two discrete phases of protamine extraction: protamine diffusion into the bulk, concurrent with optical signal change, followed by surface accumulation starting only upon saturation of the optical signal change. Data also indicate that the improved selectivity is due to the inability of small ions to form a strong complex with DNNS that would inhibit the polarizing interaction between DNNS and a solvatochromic dye, providing a specificity which cannot be achieved by classical ion-exchange type sensors. Chapter 4 shows the development of a capillary-based optode with microfluidic paper-based analytical devices (μPADs) as a readout platform. Plasticized poly(vinyl chloride) (PVC) containing valinomycin (K+-selective ionophore), ion exchange and a cationic dye (thioflavin T: ThT) was solvent-cast on the inner wall of a capillary, forming the capillary-based optode. Upon introduction of the sample, K+ in the aqueous sample solution is quantitatively extracted.

Metal (nano)clusters attract a lot of attention due to their size-dependent optical, electrical and chemical properties. They can be further modified by creating cluster assemblies as well as their ultrathin films. This thesis discusses the formation of such films using Langmuir-Blodgett technique, whereby the cluster particles are compressed on a water surface using surface pressure as a feedback mechanism, followed by their deposition on solid surfaces via a vertical extraction of a substrate. The principles guiding the particle organization in Langmuir and Langmuir-Blodgett films of gold and silver nanoparticles are reviewed in more detail, whereby factors such as particle size, ligand composition, solvent or solution concentration are considered. Langmuir-Blodgett films of Au₃₈(SC₂H₄Ph)₂₄ cluster transferred onto mica or silicon in the bi-/trilayer regime are then analyzed using atomic force microscopy (AFM) and X-Ray reflectivity (XRR) to probe their morphology and vertical organization respectively on the mesoscale. With the use of fast AFM and Grazing-Incidence Wide-Angle X-Ray Scattering (GIWAXS) the hexogonally close-packed arrangement as well as the correlation on the nanoscale are investigated. Bimodal AFM is also used to quantify the nanomechanical properties of the film. Together the techniques have demonstrated that the films are most stable and best organized in the form of trilayers, whereby, crucially for applications, they can form highly extended ordered films. Finally, the properties of Au₂₅(SC₂H₄Ph)₁₈ cluster are altered by linking the monomers into oligomers using a chiral bidentate ligand, diBINAS. The small assemblies are characterized in solution using primarily small-angle X-ray scattering (SAXS) to determine the structural properties of the oligomers. This data is supported by a range of spectroscopic techniques (UV-Vis, fluorescence, circular dichroism) as well as other techniques that help determine the size and/or the structure such as diffusion-ordered nuclear magnetic resonance spectroscopy (DOSY NMR), transmission electron microscopy (TEM) and matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry (MALDI TOF-MS), electron paramagnetic resonance (EPR) and finally density functional theorem (DFT) calculations. Crucially, it was demonstrated that by using a bidentate ligand the post-separation dynamism of the system is drastically reduced, allowing for very high monodispersity of the oligomers. When combined, the Langmuir-Blogett film deposition as well as oligomerization reactions have demonstrated that the novel properties of metal clusters can be further fine-tuned and/or enhanced through collective action in 2D and linear assemblies.

The introduction of Eu²⁺ and Dy³⁺ co-doped SrAl₂O₄ phosphor as a bright long persistent phosphor (LPP) boosted the research in the field of LPPs. Soon, other members of the SrO-Al₂O₃ system attracted a lot of attention for different applications. Nevertheless, the applications are currently limited due to the large grain sizes of these materials. In this thesis, we present a novel method for the preparation of SrO-Al₂O₃ nanoparticles (NPs) in the range of 200-300 nm. CaO-Al₂O₃ NPs could be obtained with this method, as well. Luminescence properties of Eu³⁺-doped SrAl₁₂O₁₉ and CaAl₁₂O₁₉ nanocrystals were studied. Unlike the majority of Eu³⁺-based phosphors, in these NPs the strongest band originated from the 5DAl_0→7F₄ transition in the deep-red region of the spectrum. Emissions from the 5D_{1 - 3} states were also observed. Moreover, peculiarly strong 5D_0→7F₀ transition accompanied with a low-lying CT band was observed for Eu³⁺ in the amorphous phase of the SrO-Al₂O₃ NPs.

The thesis describes a broad range of responsive nanoscale devices and their application to biological systems. This thesis is composed of five projects aiming to develop responsive devices applicable in biological settings. The first four projects involve the design and application of supramolecular networks able to translate biological inputs, such as the presence of membrane proteins, luciferases or miRNA sequences, into functional outputs. The construction of the networks relies on peptide nucleic acid (PNA) technology, with a focus on PNA templated reactions capitalizing on the ruthenium catalysed photoreduction of picolinium immolative linkers. The last project describes the discovery of a small-molecule caged fluorophore that interacts with the motor protein kinesin-1 and responds by eliciting a fluorescent output. The systems described herein enable the visualisation of important biological processes such as motor protein movement, as well as cancer cell detection and targeted drug release.

Next-generation all-solid-state batteries promise higher energy and power densities, and improved operational safety, compared to the state-of-the-art lithium-ion batteries. As their key component, several material classes of the ion-conducting solid electrolytes are currently under investigation. Among them, hydroborates draw attention as an emerging class, combining e.g. high Li⁺ and Na⁺ conductivity, compatibility with alkali metal anodes, low gravimetric density, low toxicity, and facile all-solid-state cell fabrication by cold pressing. To further improve energy density and interface compatibility, this thesis studies the electrochemical and thermal stability of hydroborate solid electrolytes and their cathode compatibility for high-voltage (>4 V) all-solid-state batteries. By introducing a self-passivating functionality into a solid electrolyte, it demonstrates the first 4 V hydroborate-based all-solid-state battery at room temperature with an excellent long-term capacity and energy retention. This work records the highest average discharge cell voltage and cathode-based specific energy among all reported all-solid-state sodium batteries so far.

Organic materials employed to harvest light consist of multiple chromophoric building blocks which are arranged in a three-dimensional structure. Their propensity to absorb light as well as their functionality to transform photons into chemical energy is given by both the optoelectronic properties of the monomers and the interchromophore structure. In this thesis, time-resolved laser spectroscopy from the infra-red to UV and fs to μs timescales is applied to decipher the structure-property relationships in multichromophoric systems. In addition, the experimental upgrade and development of two transient absorption instruments is described, which increases the spectral window from 360-720 to 330-1600 nm. First, the photophysics of the monomeric building blocks are established, comprising naphthalenediimide, perylene and pentacene chromophores. In a second step, two or more of these building blocks are covalently linked in supramolecular systems to study charge separation and singlet fission as a function of interchromophore geometry.

Atomically precise ligand-protected gold nanoclusters (Au NCs) are a unique class of nanomaterials exhibiting physicochemical properties that can change significantly with only minor modifications to their atomic composition. Consequently, Au NCs show promise as building blocks for functional nanomaterials that can be realized via self-assembly. Herein, the controlled functionalization of the ligand shell of Au NCs is exploited to investigate two different strategies to achieve self-assembled architectures based on ultrasmall thiolate (SR)-protected [Au₂₅(SR)₁₈]₀ nanoclusters. The first approach utilizes metalloporphyrins as anchoring molecules for Au NCs with the goal to drive self-assembly through supramolecular interactions. The second strategy employs a dithiolate linker with a photoswitchable functionality leading to the formation of light-responsive Au NC assemblies. Overall, the work in this dissertation makes important steps toward the use of Au NCs in tailor-made and self-assembled molecular electronic devices.

In the first part of this Thesis, we reported two ligand-controlled regiodivergent copper-catalyzed protoborations of 2-substituted [n]dendralenes (n = 3‒6). The dendralenes, a family of polyenes, are acyclic compounds with a geminal connection between the alkenes. The first copper-catalyzed methodology uses rac-BINAP and delivers product resulting from the protoboration of the terminal olefin. For the second reaction, a chiral phosphanamine ligand dictates the chemo- and regioselective borylation of the alkene cross-conjugated with the terminal olefin. In the second part of the Thesis, we described the development of a 3-step one-pot process. The first step is a palladium-catalyzed long-range isomerization of alkenyl ethers/amines into vinyl ethers/enamines. The second step is an intramolecular alkene-azide cycloaddition. The last step is a nitrogen extrusion reaction from 1,2,3-triazoline rings that provides 1,3-oxaza/1,3-diazaheterocycles. Each step was explored independently. Conditions found for the isomerization and for the cycloaddition/nitrogen extrusion reactions are not compatible in the one-pot process.

In the present thesis is discussed the development of four transition metal-catalyzed methodologies. The first is aimed at the synthesis of vinylcyclopropanes (VCPs), which are used as substrates in the three subsequent protocols. These employed stereoconvergent reactions enabling the use of VCPs as regio- and diastereomeric mixtures. The synthesis of the VCPs was realized by copper-catalyzed cyclopropanation of 2-substituted-1,3-dienes. Excellent regioselectivity and enantioselectivity are achieved. The high enantiomeric excesses are preserved through a rhodium-catalyzed intermolecular (5+2) cycloaddition of VCPs with alkynes, delivering enantioenriched 7-membered carbocycles in high yield. The next two projects explore the rearrangement of racemic VCP mixtures to dienoate esters. These dienoates are formed in two distinct substitution patterns. A rhodium catalyst is employed for the cleavage of the VCP ring at the most substituted bond. Complementary regioselectivity is obtained with the use of a ruthenium catalyst. Mechanistic proposals are formulated to account for these distinct outcomes.

Cell membrane is a complex system with many physical parameters some of which are elusive and impossible to study. One of them is a membrane tension, a cell force occurring in the membrane upon deformation. We envisioned a new concept for the force visualization utilizing compounds operating in the excited state by bending rather than twisting. Additionally, we studied influence of polarizability in combination with bending on the scaffold. It was concluded that this concept can not be applied for the creation of tension reporters and efforts were targeted towards probes operating by twisting as in commercially available compounds. Incorporation of unorthodox interactions, namely s-hole, was shown to improve spectral properties of the molecule. Finally, same supramolecular concept was utilized to design anion transporters across the membrane and catalysts for the epoxide ring-opening reaction which generates polycyclic ether scaffolds - ionophores. This reaction takes place in the lipid bilayer membrane and expels with high rate enhancement - up to 1 million.

Thiolate protected gold nanoclusters have gained substantial attention due to their atomically precise compositions and well-defined structures. Recent discoveries have shed the light on the dynamic nature of clusters and their reactivity leading to the formation of heterometallic clusters with interesting properties. In this thesis we investigate the reactivity of Au₂₅(SR)₁₈ and Au₃₈(SR)₂₄ nanoclusters by exploring new alloying methods, their mechanism, and the properties of the formed alloys. Using the known cluster - metal thiolate alloying reaction, the first copper adduct (Cu₁Au₃₈) was synthesized and its isomers were separated. Through the reaction of clusters with different metal foils a new doping technique was introduced, and the thiol ligand’s importance in the reaction was exposed. Additionally, the intercluster reaction of Au₂₅ with Ag₂₅ nanocluster was controlled for the first time unravelling a two-phase mechanism. Finally, the reactivity of Au₂₅ with Ag nanoparticles was explored and introduced as a new doping method.

Clathrin-mediated endocytosis is initiated through an unknown mechanism by a network of weakly interacting proteins. Ede1, the yeast homologue of mammalian Eps15, is an early-arriving endocytic protein and a key initiation factor. In the absence of Ede1, most other early endocytic proteins lose their punctate localisation and the frequency of endocytic initiation is decreased. We show that in yeast cells, an excess of cytoplasmic Ede1 forms large condensates which recruit other endocytic proteins and exhibit properties of phase-separated liquid droplets. We identify a region of Ede1 which is essential both for the formation of the condensates and for the function of Ede1 in endocytosis. Fusion with the Ede1 central region can promote clustering of a heterologous lipid-binding domain into stable plasma membrane domains that repeatedly initiate endocytosis. We propose that the phase separation of Ede1 promotes the clustering of the early endocytic proteins.

Metallopolymers are a type of modern hybrid materials that are combining the advantageous properties of both classical metal complexes and organic materials. In this PhD thesis, we applied a bottom up approach to rationalize lanthanide loading of linear multisite receptors. Accordingly, series of the monomeric, dimeric, trimeric and polymer receptors have been synthesized based on the tridentate 2,6-bis(benzimidazol-2-yl)pyridine unit. Then, NMR titration method have been applied to monitor the complexation reaction operating between ligands and neutral lanthanide container guests ([Ln(hfac)3], Ln = La, Eu, Lu). We have developed a thermodynamic model (The site binding model) based on statistical mechanics and applied it to explore the complexation reaction process in the oligomers and polymer. This study enabled us to predict the affinity for metal loading of any oligomers with a known number of repeating units.

This thesis is composed of two parts: the first is about goyazensolide and second part about Withaferin A. The first part started with the total synthesis of the sesquiterpene lactone goyazensolide via the first example of a Barbier allylation / lactonization merging an α-methylene-γ-butyrolactone with the closure of a 10-membered germacrene in one step. An analog, 5-epi-isogoyazensolide, was also synthesized to validate the strategy. Synthesis of a goyazensolide probe with an alkyne tag allowed the identification of importin-5 (IPO5) as a covalent target of goyazensolide. As this protein has interesting anti-cancer activities, we have demonstrated that goyazensolide inhibits in cellulo the translocation of RASAL2, a negative regulator of RasGAP, causing a drastic decrease in the level of p-AKT, a marker of cell proliferation. Moreover, incubation of goyazensolide with a cell lysate indicated a perturbation in the pull-down of IPO5 with two nuclear localization sequence (NLS) of viral proteins belong to influenza and HIV. A structure activity relationship study of related furanoheliangolides demonstrated that only goyazensolide and atripliciolide were able to bind IPO5. The second part was focused on the study of the anti-influenza A activity by withaferin A. Surprisingly, withaferin A also binds IPO5 while its structure is significantly different to goyazensolide. A drastic reduction in the rate of influenza replication was observed when cells were treated with withaferin A and the probes WAPs, while a moderate effect was observed in the presence of goyazensolide. Literature reported that withaferin A targets several proteins related to influenza A. This compound can be also called “multi-target compound”. Keap1 is one of the targets of withaferin A and its inhibition induced heme oxygenase 1 (HO-1) expression, promoting the interferon-stimulated genes (ISGs) induction which inhibits the influenza A replication. While the prediction of the anti-IAV activity from the Keap1 inhibitor bardoxolone methyl was successful, the myriad of biological pathways during the influenza A life cycle combined to the use of non-selective compounds drastically increase the difficulty to determine the whole mode of action. Natural products as goyazensolide and withaferin A are typically multi-target compounds and, despite their tremendous therapeutic potential, their rational development still represent a formidable challenge.

Multi-subunit ESCRT-III polymers together with the ATPase Vps4 have the unique ability to fission membrane necks from their luminal side, a process that is required for essential cellular functions like cell division and nuclear envelop maintenance. To decipher the mechanism of ESCRT-III membrane remodelling, I applied a vast array of in vitro reconstitution assays and electron microscopy, which revealed the following principles of ESCRT-III activity. First, membrane remodelling is driven by a polymerisation sequence which is determined by its subunits’ biochemical features, second this polymerisation sequence is coupled to changes in polymer architecture and mechanical properties driving membrane deformation and fission, and third the nucleating complex likely determines the orientation of the initial polymer and subsequently generated membrane deformations. Moreover, by introducing the concept of flexible polymers which adapt their shape through dynamic changes of their subunit stoichiometry, my thesis proposes a new mechanism for membrane remodelling by polymerising proteins.

In the first topic of this thesis, peptide secondary structure was explored in the design of new anion-π catalysts. The rigid peptide skeleton allows to control the positions of each amino acid residue above the naphthalenediimide surface precisely. When a tertiary amine is placed at different amino acid side chains along the peptide, the catalytic activity of the catalysts could be modulated in a predictable manner. The scope of electron-poor aromatic surface was extended to perylenediimides (PDIs) in the second topic. The helix-like conformation for the peptide backbone has been confirmed with NMR spectroscopy. Overall performance of PDI catalysts was significantly improved in comparison with the NDI analogs. Finally, the application of peptide secondary structures was examined in thiol-mediated uptake. Highly reactive γ-turn peptides were synthesized as potential thiol-mediated uptake inhibitors. With the intention to identify more efficient inhibitors, a large library of thiol-reactive reagents has also been synthesized.

La tuberculose reste l'une des principales causes de mortalité dans le monde. Son agent Mycobacterium tuberculosis (Mtb) est phagocyté par les macrophages alvéolaires qu'il utilise comme hôte pour se propager. Pour comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents à l'infection, nous utilisons comme système modèle Dictyostelium discoideum (Dd) et Mycobacterium marinum (Mm). Dd est une amibe utilisée comme modèle phagocyte et Mm est génétiquement très proche de Mtb. Nous savons que chez les métazoaires, les TRAFs, GBPs, TRIMs et STATs sont des facteurs interdépendants impliqués dans la réponse de l'hôte contre les bactéries, conservés entre amibes et mammifères, faisant de Dd un excellent modèle pour étudier leur implication primordiale dans la défense cellulaire pendant l'infection. Nous démontrons que Dd TrafE est une E3-ligase qui joue un rôle clé dans la restriction de la croissance intracellulaire de Mm et la préservation de l'intégrité endomembranaire lors d'une infection par Mm ou lors de dommages stériles.

New hybrid mass spectrometry devices are essential for bioanalytical method development and applications. Data independent workflow and SWATH enabled the developed QUAL/QUANT dual derivatization methods to analyze polar metabolites in urine samples. While collision-induced dissociation (CID) of metal adducts (Na or K) is challenging, electron-induced dissociation (EID) of adducts is generating similar fragments to that observed in electron impact ionization. Differential ion mobility spectrometry (DMS) with modifier is a powerful method to optimize isomeric analytes' separation (resolution, peak capacity, and sensitivity). Computational model using molecular mechanics and density functional theory (DFT) allowed characterizing modifiers cluster formation. Modifier mixtures were found to have significant effects on DMS sensitivity, selectivity, and peak capacity, which opens new possibilities for optimizing DMS separation and the analysis of complex biological samples.

Precise thiolate-protected gold nanocluster, as an ultra-small and multifunctional material, has attracted large interest. The flexibility of gold-sulfur interface forms the basis for the further modification of nanocluster, especially for the ligand exchange reactions (LERs). As a post-synthesis method, LERs offers huge, desired possibilities to the nanoclusters. In this thesis, we investigate the stereoelectronic properties from ligand and whole cluster during exchange process. As a global effect, the stereoelectronic property will induce significant discrimination to the LERs. In addition, ligand exchange induced transformation of nanocluster also involved. Apart from the exchange between cluster and free ligand, we also demonstrated the intercluster ligand exchange with dithiol ligand. We proved that the dithiol ligand didn’t desorb from the cluster during the intra/inter dynamic process. More interesting, the Intra/inter dynamic process with chiral ligand will lead to amplification of enantiomeric excess of the cluster system at high temperature.

In this PhD thesis,the hyphenation of supercritical fluid chromatography (SFC) with mass spectrometry (MS) has been studied regarding analytical performances and its application in metabolomics. The influence of a post-column liquid addition (make-up) and the effect of carbon dioxide have been studied regarding their impact on the ionization. The make-up allows the tuning of the ionization regardless of the chromatographic conditions and pushes the limits of quantification. SFC has also been hyphenated with high resolution MS doing data independent acquisition (DIA) SWATH/MS (sequential window acquisition of all theoretical mass spectra). Finally, online supercritical fluid extraction (SFE)-SFC-MS coupling has been investigated. Despite the obvious advantages of such a configuration, in particular the reduction of human manipulations during sample preparation, this configuration can be tricky particularly with regard to the applied extraction pressure which governs both the fluid density and the split ratio. This online extraction, analysis and detection system has been applied to the analysis of lipids in human plasma and shows potential for the analysis of complex matrices.

Metal nanoclusters (MNCs) emerged a massive interest due to their size-tunable photochemical properties such as HOMO-LUMO transitions, size-dependent photoluminescence, chirality and magnetism. The size-dependent properties can be tuned in situ by applying well-established synthetic protocols and by engineering the surface protective ligand shell ex situ. In this thesis, the ligand exchange reactions were applied to post-synthetically modify the protective ligand shell of atomically precise Au₂₅(2-PET)₁₈ and Au₃₈(2-PET)₂₄ clusters by choosing thiolated crown ether and helical ligands, respectively. The chiroptical properties of the clusters were changed upon ligand incorporation, which indicated the successful ligand exchange reactions on the cluster surface. We developed new synthetic strategies for preparing copper clusters soluble in aqueous media and organic phase. The prepared clusters showed dose-dependent antimicrobial properties.

To build new functional materials non-covalent interactions play a major role in today’s chemistry. They provide a large plethora of possibilities to mimic nature and create systems with functions or reactivities that could otherwise not be reached. In this PhD thesis unorthodox anion-π interactions were explored. NDI foldamers up to tetramers were designed synthesized and investigated for their stacking behavior. They were successfully employed in homogeneous catalysis of enolate additions to nitroolefins to prove that synergistic effects between π-π stacking and anion-π interactions exist and can give access to remarkable catalytic activities. Additionally, highly polarizable single- and multiwalled carbon nanotubes were applied in the same reaction. The synergy between polarizability along and between the tubes in multiwalled carbon nanotubes covalently and non-covalently functionalized with tertiary amines lead to unprecedented activities despite the heterogeneous nature of the systems. Finally attempts with surface catalysts polarized by electric fields were made.

The LSMS group research covers the investigation of all analytical processes from sample collection and preparation to quantification or characterization of compounds of biological interest (metabolites, peptides, proteins, pharmaceuticals). Separation methods hyphenated to Mass Spectrometry are central and support all these method developments. In a context of large cohorts of samples analysis and disease biomarker discovery, multiplexed and fast analyses are a major research focus. To address these needs, the potential of column switching and fundamentals in ion mobility spectrometry are thoroughly explored. This thesis work is dedicated to the development of innovative analytical platforms for low and high molecular weight compounds of interest in clinical or pharmaceutical research. Differential ion mobility spectrometry takes a central part in this work, supporting different types of analytical methods, for the analysis of endogenous and exogenous analytes in various biological matrices (blood, plasma, urine, tissues).

Cette thèse a été faite dans le but de répondre à une problématique liée à la formation et l’étude de nœuds et liens moléculaires. La majorité des nœuds et liens moléculaires synthétiques est basé sur la coordination autour de métaux et leur utilisation entant que Template. Une stratégie utilisant l’effet hydrophobe comme force motrice pour l’auto-assemblage de nœuds et liens moléculaires a été développée par notre groupe. Cette stratégie se base sur la formation de motifs composés d’une unité amphiphile chargée entourant une unité hydrophobe dans un milieu aqueux. La multiplication de cette brique de base et leur association réversible (liaisons imine et hydrazone) via des éléments de symétrie tels que des axes de symétrie Cn a permis l’obtention de différents nœuds et liens moléculaires : six [2]catenane ou hopf link, un nœud de trèfle et deux nœuds de Salomon. L’étude poussée de ces édifices moléculaires a permis la découverte d’une propriété de commutateur moléculaire de l’un des nœuds de Salomon SL2. Les propriétés thermodynamiques et cinétiques de cette transformation de conformation moléculaire ont été investiguées par résonance magnétique nucléaire et ont donné lieu aux conclusions suivantes : cette transformation est hautement coopérative et est générée par l’encapsulation de 4 molécules d’eau de manière simultanée. Pour finir, l’obtention de la structure cristalline de l’un des [2]catenane 5, a mis en évidence le caractère chiral de ce composé. L’utilisation d’un agent chiral (BINSA) a permis un déplacement d’équilibre par formation d’une paire diastéréomérique avec l’un des deux énantiomères et l’obtention d’un excès diastéréomérique de 85%. Une courte étude interactionnelle avec différents anions (nitrate, chromate, phosphate et sulfate) suggère une possible interaction sélective de 5 vis-à-vis de l’ion sulfate.

This thesis is divided into two parts: The first describes the development of a fast templated reaction and novel detection systems for sequence-specific DNA/RNA detection; the second describes the design and implementation of a new photouncaging system that can be used to release bioactive small molecules using luciferase, without using external light source.

Tissue morphogenesis entails the processes that generate tissues and organs. These processes are guided by biochemical and mechanical signals that orchestrate cell-scale events to drive tissue-scale changes. While signalling pathways driving morphogenesis are well described, the role/contribution of mechanical forces is less understood. In this work, we use a microfluidic device to encapsulate model epithelial tissues inside hollow hydrogel microcapsules. We show that forces arising from epithelial growth under confinement are sufficient to drive folding. After folding, the tissue continues to grow within capsules until pressure reaches a threshold value that halts cell cycle progression. Interestingly, monolayers confined in softer capsules do not reach this range of pressure and continue to undergo cell cycle progression, indicating that this regulation is substrate-independent. Altogether, these findings underlie the importance of mechanical forces/stresses during shape generation and maintenance in epithelia, and also uncover many further questions regarding tissue shape/size regulation by mechanical feedback.

A cell’s ability to move allows it to efficiently follow nutrient gradients and enables complex processes in tissues. Migration is mostly driven by the actin cytoskeleton. Spontaneous actin waves have been suggested to provide a physical mechanism for its organization during migration. We study theoretically the motion of cells driven by spontaneous acts polymerization waves. To this end, we introduce a mean-field description of actin waves. The actin field is confined to an evolving cellular domain by means of a phase-field. First, we show the emergence of spontaneous, traveling waves akin to excitable systems and quantify their dynamics. Next, the phase diagram of possible movement states is determined. In particular, we find erratic motion due to the deterministic emergence of spiral waves and compare these findings to the searching behaviour of immature dendritic cells. Lastly, we simulate cells in confinements and identify conditions of wave synchronization in neighboring cells.

All-solid-state batteries (ASSBs) promise higher power and energy density compared to batteries based on liquid electrolytes. Recently, a stable 3V ASSB based on the super ionic conductor (1mS cm-1 near room temperature) Na4(B12H12)(B10H10) has demonstrated excellent cycling stability. This electrolyte Na4(B12H12)(B10H10) can be obtained directly using the 5 steps, scalable and solution-based synthesis shown in scheme 1 (TEA = Et4N+). The use of the wet chemistry in the final step allows the solution processing of the solid electrolyte and to improve the contacts with the cathode material during assembly of the battery. This new synthesis is a cost efficient synthesis for the precursors Na2B10H10 and Na2B12H12 which are commercially very expensive. Two key parameters to tune the kinetics and selectivity of this solvolthermal synthesis of closo-hydroborates were identified: the choice of the counter cation, tetraethylammonium ((C2H5)4N+, TEA+) vs tetrabutylammonium (TBA+), and the solvent.

LL-37, cleaved from human cathelicidin, and human neutrophil peptide-1 (HNP1) from the defensin family are antimicrobial peptides that are occasionally co-released from neutrophils, and synergistically kill bacteria. The study presented in this thesis reports that this couple presents another type of cooperativity against host eukaryotic cells, in which they antagonistically minimize cytotoxicity by protecting membranes from lysis. We characterized the cooperative function between HNP1 and LL-37 at several levels of biological organization using interdisciplinary approaches. Our results describe the potential of the LL-37/HNP1 cooperativity that switches from membrane-destructive to membrane-protective functions, depending on whether the target is an enemy or a host.

The lipid 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE) is known to self-assemble into single-wall synthetic lipid nanotubes (LNTs) on polyelectrolyte-functionalized surfaces. We have demonstrated a high-throughput approach to fabricate gold nanowires on surfaces with a LNT template. First, biotin-tagged DOPE LNTs are formed from lipid blocks in inverted hexagonal phase adsorbed on polymer-coated surfaces upon application of shear force. Streptavidin-coated gold nanoparticles (AuNPs) were then attached to the biotin-tagged LNTs and AuNP-encapsulated LNTs were cross-linked by chemical fixation. Samples were dried and AuNPs were connected through electroless gold metal plating to form gold nanowires. Similarly, the created LNTs without the attachment of AuNPs were adsorbed on polymer-coated surfaces and cross-linked by chemical fixation. These were dried and treated with high temperature in a process of pyrolysis under inert atmosphere to form connected carbon nanostructures. The created nanowires and carbon nanostructures were characterized by transmission electron microscopy, atomic force microscopy and electrical measurements.

The main goal of this thesis has been the development and fabrication of integrated sensors by combining optical redox indicators (ferroin and Prussian blue films) and potentiometric sensing systems into a closed bipolar electrode platform. This approach allows one to overcome some major fundamental limitations of traditional optical sensors. The simultaneous optical detection of an array of potentiometric sensors has been demonstrated using parallel closed bipolar electrodes. Finally, we were able to realize a self-powered optical sensing array based on potentiometric pH electrodes without a use of an external power source where the power required to affect the color change is directly drawn from the sensing probe. In other work, a new lipophilic molecular redox probe is explored as an ion-to-electron transducer in thin layer ion-transfer voltammetry. It was shown to give improved electrochemical reversibility relative to other common transducing materials..

After the isolation of a new class of highly stable cationic [4]helicenes and triangulenes in the early 2000s, the scientific community has driven many efforts for the development of effective preparation methods of this type of derivatives. In this context, a new family of pH-sensitive diaza[4]helicenes was synthesized in 2014 by using tetramethoxyacridinium as substrate and hydrazine as nucleophile. The work of this PhD has been focused on the use of such derivatives as common precursors for the synthesis of different helicene and triangulene based chromophores. For instance, the (chir)optical properties of quinacridines were enhanced after nitration or Vilsmeier-Haack formylation reactions, and further derivatization led to the formation of a BODIPY-like class of fluorophores. Furthermore, neutral quinacridines proved to be excellent substrates for Ru(II)- and Rh(II)-catalyzed regioselective C–H insertion reactions with 2-diazomalonates as carbene precursors. Finally, the behavior of pH-sensitive diazaoxatriangulenes as fluorescent probes was studied in HeLa cells.

This thesis covers the theory, stimuli and interaction with peptides of (poly)diacetylenes (P/DA). PDA is employed as a sensor of its surrounding. The electronic and geometric structure of PDA is discussed. Different stimuli are presented and finally the interaction of various antimicrobial peptides with the P/DA are studied by UV-Vis-/transmission electron-/atomic force microscopy, DSC and ITC.

The main focus of this thesis is interaction forces between colloidal particles in liquids of different polarities. Atomic force microscopy (AFM) colloidal probe was the main technique used for measurements, besides dynamic light scattering (DLS) and electrophoresis in the case of nonpolar solvents. Since the surfaces are often electrostatically stabilized, to obtain a stable dispersion it is important to know how the surfaces are charged, or what the characteristics of the solvent are, in order to predict the amount of charges present in the system. The thesis addresses interactions between charged silica particles in the presence of multivalent coions and experimental evidence of algebraically decaying double layer interactions, both in aqueous solutions. The aggregation behavior of three kinds of particles in nonpolar solvent (decane) in the presence of surfactant dioctyl sodium sulfosuccinate (AOT) is investigated. Finally, interactions in presence of 1:1 electrolytes are measured in solvent with intermediate polarity (isopropanol).

In 2016, Flipper-TR® has been introduced as the first small fluorescent molecule capable of visualizing membrane tension changes in living cells. In the presented thesis, modifications of this molecule have been performed in order to a) improve its mechanosensitivity and spectroscopic properties and b) enable its specific localization to desired cellular sites. Unprecedented mechanosensitivity has been achieved by increasing the twist and the push-pull strength of the molecule. This came, however, at a cost of decreased chemical stability. To address this problem, the concept of “cascade switches” has been introduced and investigated. Furthermore, various targeting strategies have been explored. Among them combining flippers with protein tag technologies proved to be particularly successful. The resulting universally targetable “HaloFlippers” and “BioFlippers” can visualize both lipid order and membrane tension changes selectively in many cellular organelles.

Liquid chromatography with electrospray ionization mass spectrometry (LC-ESI-MS) is an established analytical technique for biomedical analyses. The analytes' ionization with an atmospheric pressure ion source, such as ESI, can result in substantial ionic species diversity. This thesis focuses on the development, implementation, and benchmarking of bioinformatics tools to enhance metabolite identification and quantification and improve our understanding of the complexity and variability of ESI-MS data. These tools include a graph-based annotation software called mzAdan, which allowed us to perform large-scale ESI-MS data analysis and discuss the recurrent issues observed with modern LC-MS data processing tools, as well as a NoSQL-based online/local data management platform for differential mobility data and metadata, which improved data flow in research groups.

Natural waters are vulnerable ecosystems facing diverse anthropogenic constituents, natural substances and organisms that may have an adverse effect on their fragile equilibrium and ultimately on human health. To preserve aquatic ecosystems, it is thus crucial to understand chemical and biological processes that take place within them as well as to control relevant types of hazards and quality parameters at an appropriate temporal and spatial scale. This knowledge is required to enable efficient risk evaluation and management. Nowadays, to face these challenges, the trend goes towards sensor observation networks enabling the simultaneous determination of multiple parameters at high spatial and temporal scales. The scope of this doctoral thesis was to contribute to improve the ability of these observation networks by developing and field validating innovative sensing systems targeting the autonomous, in situ, high-resolution monitoring of a range of trace metals in their potentially bioavailable forms for the phytoplankton.

L’interaction entre un ligand et un récepteur est caractérisée par sa constante de stabilité βi, qui est généralement déterminée par l’analyse mathématique d’isothermes de Langmuir expérimentaux. Cette dernière méthode est communément utilisée en pharmacologie afin de déterminer la dose optimale d’un effecteur (e.g. le principe actif d’un médicament) pour son récepteur associé (EC50 = 1/βi). En chimie supramoléculaire, cette technique est aussi utilisée pour évaluer la fixation successive d’un sel de lanthanide sur une chaîne polymérique. Pour ces types de réactions d’association se réalisant en milieu dilué, les lois thermodynamiques considèrent l’activité du solvant comme étant constante, et pour toutes déviations observées par rapport à l’idéalité, il est assumé que c’est le comportement non-idéal du réactif ou du produit qui en sont à l’origine. Dans ce contexte, Castellano et Eggers ont proposé une nouvelle hypothèse, dans laquelle les molécules de solvants sont désormais considérées comme partie intégrante de l’équilibre chimique. Cette considération explicite de la contribution du solvant dans l’équilibre de complexation génère des déviations significatives de la loi d’action de masse ainsi que des constantes de stabilités qui en dérivent. Afin de vérifier ce concept, l’analyse de simples réactions de complexation entre des ligands polyaromatiques tridentés neutres et des sels de lanthanides est présentée dans cette étude. Une première partie de ce travail décrit donc la synthèse de ces ligands, qui s’est avérée être ardue, puis les titrages 1H RMN des réactions de complexation entre ces ligands et des adduits neutres de lanthane. L’analyse de ces titrages nous a permis de mettre en évidence un changement des coefficients d’activités des partenaires de la réaction en fonction de la variation progressive du potentiel chimique du solvant accompagnant la formation du complexe. En considérant que cette dernière variation est associée à des effets de solvatation par contact, produits par un sous-ensemble de molécules de solvant entourant les espèces mises en jeu dans la réaction, des constantes thermodynamiques β_1,1^(L,R) réelles, ont pu être extrapolées à dilution infinie. De plus, lorsque l’on considère une réaction d’échange de ligands, l’utilisation d’une concentration fixe de l’un des réactifs suffit à rétablir des coefficients d’activité quasiment constants au cours de la réaction. Suivant ce raisonnement, nous avons aussi examiné l’impact d’espèces externes spectatrices neutres ou chargées, en concentration constante, sur la variation des coefficients d’activité lors de la réaction de complexation. Dans le cas de l’ajout d’un composé neutre, aucune influence supplémentaire n’est détectée alors que pour l’ajout d’un sel ionique la variation des coefficients d’activité est amplifiée. Etant difficile de standardiser l’interprétation de la solvatation par contact, nous nous sommes intéressés aux causes pouvant engendrer une variation de la surface de contact entre le solvant et les différentes espèces de la réaction. Un changement de structures, et plus précisément une modification de la densité électronique, semble perturber le potentiel chimique du solvant et donc affecter la contribution du solvant dans les réactions de complexation. Sachant qu’il est assez rare d’étudier un seul équilibre chimique en chimie de coordination, trois méthodes théoriques ont été mises au point afin de pouvoir appliquer la théorie de Castellano et Eggers à des cas de réactions de complexation successives. Un seul de ces trois modèles théoriques permet de reproduire de façon optimale le nouveau cadre thermodynamique décrit par Castellano et Eggers. Ce travail décrit un model simple permettant de faire face aux variations non-prévisibles des coefficients d’activités au cours des réactions de solvatations intermoléculaires se déroulant en milieu non-polaire conduisant ainsi à la détermination de constante de stabilité ayant une interprétation physique.

Charge-transfer products and their generation are at the heart of a huge amount of chemistry. Here, photoinduced charge-transfer products and charge-transfer reactions were studied. This thesis presents multiple investigations into this area. The radical ion excited states of di-, tri- and tetra-cyanoanthracene, were studied using transient absorption spectroscopy. Quinone derivatives were also investigated using the same technique. Highly exergonic bimolecular charge separation reactions were studied using broadband fluorescence upconversion techniques and, for the first time, fluorescence from radical ion products was observed at early reaction times. A new method to track excited-state symmetry breaking in molecules lacking IR marker modes is presented. An investigation into ion-pair dynamics reveals that the excited-state of the radical anion may be used as a probe into the average distance between it and its corresponding radical counterion. A variety of donor-acceptor complexes have been studied using multiple spectroscopies, with the investigations finding rich excited-state dynamics.

Tröger Bases (TB) are chiral bicyclic tertiary amines, which have drawn the interest of the synthetic organic community but only to a limited range of applications. In fact, the difficult functionalization of the main core of the molecule and the configurational lability of TB in acidic conditions have been two limiting factors. The aim of this PhD was to develop synthetic methodologies to overcome these two drawbacks. Therefore, an efficient protocol of C-H functionalization at the benzylic positions was developed to give access to versatile mono- and bis-azido TB derivatives. This allowed the access to a new class of functional anion binding catalysts. Additionally, while exploring the reactivity of N-sulfonyl-1,2,3-triazoles with TB in the aim of synthetizing configurationally stable derivatives via N-ylide chemistry, a route to novel polycyclic indoline-benzodiazepine scaffold was discovered. Through an original cascade of [1,2]-Stevens rearrangement, Friedel-Crafts, Grob fragmentation and aminal formation reactions, polycyclic 5,6,7-membered heterocycles were obtained in good yields and complete diastereoselectivity.

The work presented in this thesis was aimed at exploring the homodecoupling methods implemented in different two-dimensional NMR experiments. The main goal was to demonstrate the advantages of these experiments in terms of resolution and the information content they provide with respect to “routinely” used experiments. Furthermore, the limitations and complementarity of the methods were investigated. The first part of the work consisted in assembling a toolbox of two-dimensional homonuclear experiments homodecoupled in the F1 indirect dimension (DIAG, CLIP-COSY, TOCSY). The homodecoupling leads to elimination of the J-scalar coupling splitting in the F1 dimension, significantly simplifying the multiplet pattern and reducing the signal overlap probability. In particular, the CLIP-COSY provides in-phase multiplets of a regular lineshape for both diagonal and cross-peaks. While the use of the selective modulated pulse nemoZS or the PSYCHE element ensures the optimal sensitivity, the application of the BIRD filter introduces some novel and interesting features in this experiment and can be used to fully reveal the multiplet structure of signals not easily reachable by other methods. The second part of the work was dedicated to exploiting the toolbox experiments as model sequences in order to examine the spectral artifacts.

Ylides are powerful intermediates or reactants leading to complex molecular structures from rather simpler starting material. The aim of this PhD was to develop new synthetic methodologies involving specifically nitrogen ylides. In a first topic, the dearomatization of various azaaromatic compounds was achieved through the double addition of metal-carbenes generated from α-diazo-β-ketoesters under [CpRu] catalysis. It was indubitably proven that nitrogen ylide intermediates were involved in the reaction pathway. Moreover, starting from various nitrogen ylide intermediates, the successful introduction of symmetrical malonate-based carbenes was possible. Several dearomatized products were thus obtained for both processes (one-pot and stepwise) in high yields. In a second topic, an unexpected Ru(II)-catalyzed cascade reaction involving diazo malonates and bicyclic alkenes was discovered leading to the formation of bridged polycyclic diaza heterocycles. The three successive steps of the reaction were clearly identified by isolation in high yields of two intermediates, including an azomethine imine.

In this thesis, particle aggregation including homo- and heteroaggregaion in different ionic environments was investigated using electrophoresis and light scattering techniques combined with DLVO theory calculations. Chapter 1 presents a detailed introduction to particle aggregation, the experimental techniques involved, and the outline of the thesis. In Chapter 2, homoaggregation of amidine-modified polystyrene latex (AL) and sulfatemodified polystyrene latex (SL) particles in the presence of salts containing multivalent coions was studied. Chapter 3 presents homoaggregation of positive AL particles and negative SL particles in the presence of hydrophobic anions—tetraphenylborate (Ph₄B^–)and NaCl as background. In Chapter 4, heteroaggregation process between AL particles (300 nm in diameter) and SL particles (600 nm in diameter) was studied in two sets of solution systems containing multivalent ions. Chapter 5 demonstrates a strategy to measure the heteroaggregation rate over a wider range with the multi-angle light scattering technique.

All-solid-state batteries promise to simultaneously yield higher energy and power density as well as improved safety as compared to state-of-the-art lithium-ion technologies based on organic liquid electrolytes. A competitive all-solid-state battery requires a solid-state electrolyte with high ionic conductivity near room temperature and high thermal and electrochemical stability. Meeting these requirements simultaneously represents a major challenge. Closo-borates represent a promising, yet underexplored, class of solid electrolytes. Specifically, their high-ionic conductivity, wide electrochemical stability window, and advantageous processing properties make them serious candidates to address the major challenges faced by all-solid-state batteries. This thesis presents the development and characterization of a new solid electrolyte within this family, namely Na₄(B₁₂H₁₂)(B₁₀H₁₀). It demonstrates that this material possesses the appropriate combination of properties to develop a 3 V all-solid-state battery and discusses aspects related to the assembly and successful cycling of such a device.

The work presented in this Thesis falls within the context of transition metal-catalyzed preparation and functionalization of 1,3-dienes and alkenes.

Sphingolipids constitute a class of lipid compounds which carry out important structural and signaling functions in the cells. However, the regulation of their biosynthesis is not completely understood. By combining genetics, lipidomics and metabolomics our study shows that localization of serine palmitoyltransferase in the nuclear ER increase ceramide biosynthesis rate. Our knowledge of the metabolism and transport of sphingolipids between intracellular organelles is limited. In this study we characterize caged vacuole-targeted sphingolipid probes which can be released by UV-irradiation. We established a method to investigate the transport of sphingolipids from the vacuole to the ER in vivo. We observed that the depletion of contact sites between the endoplasmic reticulum and the vacuole decreases metabolic conversion and transport of sphingolipids released from the vacuole. Overexpression of contact site protein Mdm1, which expands the contacts between the endoplasmic reticulum and the vacuoles, increases sphingolipid transport.

Malgré la prédiction de 2002, affirmant que la conversion de lumière vers le haut utilisant l’optique linéaire était irréalisable pour des composés moléculaires mononucléaires possédant des vibrations de haute énergie, ce travail de thèse a donc pour but d’évaluer définitivement la pertinence de cette prédiction. Pour ce faire, une série de complexes mononucléaires en triple hélice [Er(Lk)₃]³⁺ ont été synthétisés. Dans tous les cas, ces complexes présentent la rare caractéristique, pour des composés moléculaires de l’erbium, d’émettre simultanément de la lumière dans le visible (542 nm) et dans l’infra-rouge (1530 nm) lorsqu’ils sont soumis à une excitation ultraviolette. Soumis à une excitation laser continue dans le proche infrarouge à 801 nm, les complexes [Er(Lk)₃]³⁺ absorbent successivement deux photons pour atteindre le niveau excité Er(4S_3/2), qui, finalement, produit l’émission visible dans le vert à 542 nm. En conclusion, les complexes [Er(Lk)₃]³⁺ sont les premiers, et à la date de la rédaction de ce résumé, les seuls compatibles avec un mécanisme d’absorption dans l’état excité (ESA = Excited State Absorption) conduisant à une émission de lumière convertie vers le haut au niveau moléculaire.

This work involves the design, fabrication and characterization of metamaterials based on meta-atoms and its assemblies. The aim is to tailor the optical properties that emerge from choosing material and geometry of their basic unit cells. The approach starts with the bottom-up preparation of nanoresonators, which consist in core-shell structures made of plasmonic nanoparticles covering a dielectric core. The coupling between the plasmonic units leads to new plasmon resonances that have a magnetic dipole character. The next step involves the meta-atoms organization on surfaces and the characterization of their structural and optical properties. Highly ordered monolayers and patterns of meta-atoms over large area were obtained via blade coating deposition. The samples are then characterized by spectral high-resolution interference microscopy, which provides information on the scattering intensity and the phase shift induced by the meta-atom. In this way, the scattering response of different meta-atoms is studied in an unprecedented manner.

α-Imino carbenes generated from N-sulfonyl-1,2,3-triazoles undergo many original processes, from cyclopropanations to C-H insertion reactions, and subsequent transformations. The aim of this PhD was to develop new synthetic methodologies involving these reactive intermediates. For instance, the Rh(II)-catalyzed reaction of N-sulfonyl-1,2,3-triazoles with oxetanes was tested. Depending on reaction conditions or substrate selection, 2-imino tetrahydrofurans, 13-membered sulfonimidates or 15-membered aza-macrocycles are generated selectively via formal [1+4], [5+4+4] and [3+4+4+4] condensations of α-imino carbenes and oxetanes. Moreover, straightforward access to novel polycyclic indoline-benzodiazepines with exclusive diastereoselectivity (d.r. > 49:1) was achieved using Tröger Bases as substrates. Treatment of other stable aminals (e.g. imidazolidines) with N-sulfonyl triazoles led to the direct formation of fused indoline-piperazines via subsequent ylide formation, [1,2]-Stevens and Friedel-Crafts reactions. Finally, reaction with oxazolidines under dirhodium catalysis led to 1,3,6- or 1,4,6- oxadiazocines in good yields. Regioselectivity was achieved by modifying the nature of the nitrogen substituents (with EDG or EWG).

In this doctoral thesis, the focus lied on identifying the protein targets of different bioactive cysteine-reactive small molecules using chemical proteomics. It is subdivided in three main chapters, each chapter covers the process of target identification of a single molecule. In the first part, SPTSSB as a target of the natural product gambogic acid and an analog of it was identified. Treatment of cells and mice using these compounds leads to a decrease in the important signaling molecule sphingosine-1-phosphate. In the second part, POLE3 was identified as a target of a sesquiterpenoid derived from the fir tree genus Abies. Engagement of this protein led to chemosensitization to the DNA damaging drug etoposide and might be used in future as a new strategy for treating cancer. In the final part, screening of a small library of ethynyl benziodoxolone reagents led to the discovery of a compound that binds to the interesting protein targets GAPDH and GLO1, both involved in cancer progression.

L’objet principal de l’étude présentée dans cette thèse est l’étude des polyélectrolytes sur des substrats solides avec le microscope à force atomique (AFM). En utilisant l'AFM dans des expériences d'imagerie et de spectroscopie de force, des molécules uniques de polyélectrolytes sont étudiées dans des solvants aqueux de force ionique variable sur du mica. La thèse se termine par l'introduction d'une nouvelle technique d'étude de la conformation et de la constitution des polymères à résolution sub-latérale appelée spectroscopie d'image (IS). IS est la capture et la moyenne successives de multiples balayages d'image de caractéristiques d'intérêt et de découverte par calcul de caractéristiques de sous-résolution. The main focus of the study presented in this thesis is the investigation of polyelectrolytes on solid substrates with the atomic force microscope (AFM). Utilizing the AFM in both imaging and force-spectroscopy experiments, single polyelectrolyte molecules are investigated in aqueous solvents of varying ionic strength on mica. The thesis concludes with the introduction of a novel technique towards the study of polymer conformation and constitution with sub-lateral resolution called image spectroscopy (IS). IS is the successive capture and averaging of multiple image scans of features of interest and computationally uncovering sub-resolution features.

Les nanotubes de carbone monofeuillets (SWCNTs, single-walled carbon nanotubes) peuvent être obtenus en enroulant une feuille de graphène. Des structures différentes sont obtenues à partir de différents angles d'enroulement. La plupart des structures des SWCNT présentent une chiralité hélicale et possèdent ainsi une activité optique intéressante. Dans cette thèse, l'activité optique Raman (ROA) a été utilisée pour caractériser les énantiomères (6, 5) avec une longueur d’onde d’excitation de 532 nm. Il a été constaté que la bande G était fortement amplifiée par la résonance avec les transitions interbande E à λ =570nm. Les spectres ROA ont été acquis à partir d’une suspension en solution avec une concentration de carbone inférieure au millimolaire grâce à cette amplification. Les énantiomères (6,4) et (6,5) des SWCNTs ont été séparés avec succès par chromatographie sur un hydrogel à base d'allyl dextrane à l'aide d'un gradient de concentration en désoxycholate de sodium. Par comparaison au dichroïsme circulaire, la ROA offre plusieurs avantages comprenant un volume d’échantillon réduit, un temps d’acquisition plus rapide et la possibilité de mesurer les énantiomères des SWCNTs dans des films. Par conséquent, cette thèse constitue un rare exemple d'application de la ROA aux matériaux à l'échelle nanométrique.

Les complexes de métaux de transition hexacoordinés peuvent présenter le phénomène de transition de spin. Il s’agit d’un équilibre thermique qui amène le complexe de son état électronique fondamental bas-spin, à l’état électronique métastable haut-spin peuplé aux hautes températures. Le fait de pouvoir changer d’états de spin fait des complexes à transition de spin les archétypes pour le traitement des informations à l’échelle moléculaire. De ce fait, les complexes à transition de spin font l’objet de nombreuses recherches. Cela est plus difficile que les propriétés magnétiques du complexe peuvent être fortement altérées par leur environnement en phase condensée. Nous étudions l’influence de l’environnement sur les propriétés magnétiques du complexe [Co(bpy)₃]²⁺ (bpy = 2,2'-bipyridine). Ce complexe est habituellement une espèce haut-spin. Cependant il montre le phénomène de transition de spin lorsqu’il est mis dans des environnements contraignants tels que ceux fournis par la supercage de la zéolite Y ou les cavités de réseaux d’oxalates.

The thesis will discuss the main aspects of polydiacetylenes. This initial discussion starts from the general aspects known in the field with examples of applications for polydiacetylenes. It then continues into the polymerisation observed through infrared spectroscopy, the study of a novel type of polydiacetylene to peptides and terminates with the resolve of a technological limitation which could have had the potential of limiting our progress.

In this work, a PNA synthetic methodology taking advantage of the Ugi four component reaction is described. Novel strategies for improving PNA cellular uptake are explored. PNA encoded libraries were screened against p97 and Akt/mSin1. Finally protein kinases were used to template an abiotic reaction.

Thiolate protected gold nanoclusters (NC) Aun(SR)m are a remarkable group of atomically precise structures in the field of noble metal nanoscience. This thesis aims to investigate the dynamic nature of gold clusters when exposed to external influences, such as free ligands. The knowledge obtained on ligand exchange reactions can be used to design new superstructures of clusters, either via controlled self-assembly by incorporation of a dithiol bridging agent or mechanical assembly by monolayer formation. The observed formation of communicating clusters gives interesting perspectives for the creation of novel properties which are absent in single NC.

Spectral aliasing is a methodology avoiding long experimental times that can be used as an alternative to recording experiments with incremented number of points for 2D NMR experiments when a high resolution in the F1 indirect dimension is desired. Usually, ambiguities in chemical shift in the F1 indirect dimension are introduced, making it impossible to determine the true chemical shift of the aliased signals. We have developed a new methodology that allows to resolve those ambiguities within a single experiment, encoding the missing chemical shift information along the F1 indirect dimension. Its modular conception allows to apply this new methodology to a variety of different 2D NMR experiments, such as HSQC or PSYCHE CLIP-COSY, etc. An easy-to-use reconstruction program has also been coded to automatically resolve chemical shift ambiguities and obtain the true chemical shifts of the aliased signals.

Covalent inactivation of proteins by small molecules is experiencing an increasing trend in pharmaceutical research. The growth of covalent drugs for targeting known or unknown class of proteins tremendously benefits the modern medications in treatment of human diseases. Chemical proteomics accelerates the discovery of activity-based chemotypes for covalently binding to the active site of nucleophilic amino acid within enzymes. In our work, novel electrophilic chemotypes have been designed and characterized as cysteine and serine reactive small molecules with high selectivity and potency. The research results discussed in this thesis could potentially facilitate our compounds being turned into new promising clinical agents for targeting key proteins involved in various human diseases.

Ion-selective optical sensors are important tools for both the qualitative and quantitative detection of ionic species. Ionophore based ion-selective optodes are very specific and versatile, owing to the highly selective nature of ionophores. In this thesis, ion-selective optodes based on lipophilic solvatochromic dye (SD) are presented overcoming the problems of earlier generation ion-selective optical sensors, such as pH-cross response and dye leakage.

Translation is the biochemical process by which messenger RNAs are used as template for the synthesis of proteins by the ribosome. The first step of translation, initiation, requires the ribosome to find a start codon on the mRNA. Its efficiency depends on the Kozak context and length of the 5’ transcript leader (5’ TL). In eukaryotes, it also requires a series of translation factors (eIF). One of them is the cap binding protein, eIF4E, and is actually part of a family of three in mammals whose the third member, eIF4E3, has never been extensively studied. In this work, we have been focusing on eIF4E3 and tested if the protein was expressed from its short 5’ TL. From this we asked what happens to the eIF4E-cap interaction in the translation of short 5’ TL. Finally, we studied the function of eIF4E3 and determined a possible role in stress conditions.

Due to the unfavorable scaling of quantum chemical methods one usually has to compromise between accuracy and computational effort with growing system size. Finding approximations that overcome this constraint sparked the interest of researchers which eventually led to the development of so-called multiscale methods. This thesis pertains to a multiscale method called Frozen-Density Embedding theory (FDET), in which the system is described by means of two independent quantum mechanical descriptors, the wavefunction of the embedded species and the charge density of the environment. This work examined the effect of the non-linearity of FDET equations. The second topic of this thesis was the development and implementation of FDET-based methods for ground and excited states. For this purpose the fdeman module, which manages all steps of an FDET calculation, was implemented into the quantum chemistry software package Q-Chem.

This PhD thesis is focused on DNA and RNA templated reactions, using PNAs as reacting partners. The work deals with the application and improvement of a previously known reaction, in which a phenylazide is reduced by a Ru(II) photocatalyst in presence of a sacrificial reductant. We first demonstrated that this reaction can serve as a method to sense oligonucleotides in vivo. The same chemistry was applied to the development of a lateral flow assay for the enzyme-free detection of DNA from food samples. The combination of the use of a new substrate for the photoreduction and a precipitating dye enabled precise localization of the fluorophore and high speed of release. Bioluminescence was used as the source of photons to enable Ru(II) photocatalysis via BRET, for the release of small molecules at biological effective concentrations. Finally, a novel Ru(II) photocatalyst was prepared from an inactive Ru(II) precursor via oligonucleotide templated ligation.

Understanding the fundamental principles of noncovalent interactions and their implementation into functional systems is of crucial importantance, not only in supramolecular chemistry, but in molecular sciences overall. In this PhD work unconventional σ-hole and anion-π interactions were explored. Several bidentate chalcogen binding motives were designed, synthesized and successfully employed as anion binders, transporters and catalysts in solution. A clear increase in activity was noted when the heavier selenium was employed instead of the lighter sulfur atom. Additionally pnictogen bonds were found to be among the strongest σ-hole interactions, especially on antimony, and were successfully employed as catalysts. Furthermore bifunctional anion-π catalysts were designed, synthesized and successfully employed in enolate addition reactions. It was found that the linker within the catalyst is crucial to maximize anion-π interactions. Overall, these underexplored noncovalent interactions were shown to have excellent prospects in supramolecular chemistry and beyond.

La tuberculose est une maladie qui tue chaque année presque 2 millions de personnes dans le monde. Elle est causée par une bactérie appelée Mycobacterium tuberculosis (Mtb), qui est ingérée par phagocytose par les macrophages alvéolaires. Mtb est capable de manipuler le mécanisme de maturation du phagosome afin de résider dans un compartiment qui n’est pas bactéricide et s’y multiplier. Nous avons utilisé les modèles alternatifs Mycobacterium marinum et Dictyostelium discoideum pour étudier les mécanismes moléculaires qui permettent aux mycobactéries d’établir une infection dans leur hôte. Nous avons caractérisé la famille de protéines vacuolins chez D. discoideum, et montré que celles-ci sont impliquées dans l’internalisation de particules. De plus, ces protéines sont induites et recrutées au compartiment contenant M. marinum lors d’une infection, et sont manipulées par le pathogène pour pouvoir sortir du compartiment. Nous suggérons que ces protéines de l’hôte sont nécessaires au pathogène pour établir son infection.

How metabolism is rewired during embryonic development of the nervous system is still largely unknown because tracing metabolic activities with spatiotemporal resolution during neurogenesis remains a major technical challenge. Here, we investigated changes in the number of active mitochondria in the developing avian retinas, focusing on the conversion of progenitors into retinal ganglion cells (RGCs). Our study uncovers how ATOH7 and HES5.3 influence the dynamic changes in the number of active mitochondria as cells transit from uncommitted to pre-committed progenitors and then to newborn RGCs. There is a transient decrease of mitochondrial activity few hours before cells become committed to the RGC fate. While there is a general trend toward fewer mitochondria when retinogenesis begins, cells that enter the RGC lineage, as well as newborn RGCs, recover the high number of active mitochondria that characterizes uncommitted retinal progenitors. We assessed metabolic dynamics at the onset of cell differentiation by monitoring changes in metabolite concentration in vivo. Combined, our approaches identify changes in metabolic activities which are intrinsically linked to cell fate determination.

Since their discovery, cell-penetrating peptides (CPPs) has been developed as a powerful drug delivery system. In order to increase their cellular penetration and cytoplasmic delivery, pyrenebutyrate has been added on cells to increase electrostatic and potential cation-π interactions with positive CPPs such as polyarginine. In order to increase the stabilization of the whole interaction, polarized π-surfaces with carboxylic function and different alkyl tails were tested along with perfluorinated fatty acids. Those new activators were tested first on model membrane and the most promising probes were tested on HeLa Kyoto cells. In a second project and following the discovery of increased uptake with strained cyclic disulfide by the thiol-mediated uptake in the Matile group and their ability to deliver peptides, we decided to investigate other cargoes such as liposomes and polymersomes. Therefore new transporters containing an alkyl chain, a positive charge and a thiol-responsive head were synthesized and the delivery of vesicles of different composition and size were tested on cells. Following the results with disulfides, we decided to investigate cyclic diselenides. Their thiol sensitivity was demonstrated and their potency as cellular transporter was evaluated using fluorophores.

Excited-state symmetry breaking in multipolar organic molecules is extensively investigated here. First unambiguous experimental observation of this phenomenon by using femtosecond time-resolved infrared spectroscopy (TRIR) is presented. This photophysical phenomenon originates from the fluctuations and rearrangement of solvent molecules around the electronically excited chromophore. Non-specific quadrupolar and dipolar, as well as specific H-bonding and non-orthodox X-bonding solute-solvent interactions can induce symmetry breaking, whereas dispersion and intramolecular distortions/asymmetric vibrations cannot. The effect of intramolecular factors, e.g. of the length of charge-transfer branches, is studied. Symmetry breaking leads to the asymmetrical reactivity of the seemingly identical molecular branches that can be utilized to achieve asymmetrical intra- and intermolecular photochemistry. Additionally, a novel approach to the time-resolved infrared spectroscopy ('solute-pump/solvent-probe') is demonstrated. It is used to decipher the mechanism of H-Bond Induced Nonradiative Deactivation (HBIND) of a quadrupolar molecular rod in highly protic alcohols.

Recently, combinations of cyclopentadienyl ruthenium(II) complexes and diimine ligands were found to catalyze several types of transformations such as allylic substitutions, Carroll rearrangements and diazo decompositions. The project of this PhD thesis was to explore new methodologies involving this catalytic combination to decompose α-diazo-β-ketoesters in presence of oxygenated Lewis bases. Formation of carbonyl or oxonium ylides and subsequent insertion reactions were studied, forming valuable heterocyclic compounds. In presence of cyclic ketones, lactones and carbonates spiro bicyclic ketals, orthoesters and orthocarbonates are afforded respectively. Moreover, in presence of γ-lactams, a Brook-like rearrangement is observed. The favored 1,2-acyl migration yields the olefination product as single regioisomer. Finally, in the case of oxetanes, the direct formation of dioxepine motif is observed with retention of configuration. This process is only possible with ruthenium(II) complexes as under rhodium(II) catalysis macrocyclisation reactions occur.

Hereditary sensory and autonomic neuropathy type IA and IC (HSAN IA/IC) are caused by autosomal dominant mutations that lead to the accumulation of atypical lipids called 1-deoxy-sphingolipids. How the lipids perturb the physiology of the cell are largely unknown. By combining genetics, lipidomics, and chemical proteomics approaches in the budding yeast, our study showed that there are two sequential and overlapping events in the cell. The first event comprises perturbations of actin organization, alteration of the shape of mitochondria, and formation of hydrophobic bodies by 1-deoxy-sphinganine. These aberrations, however, are not sufficient to kill the cell. The second event is the toxicity of C26 1-deoxy-ceramide. The lipid might directly inhibit a multisubunit essential protein that has broad impacts, directly inhibit multiple essential proteins, or perturb the structure of cellular membranes. Each of these perturbations is sufficient to kill the cell.

In this thesis, the regulation of gene expression is analyzed in three different aspects. At first by understanding how the genetic variation has a downstream effect on gene expression through the variation of activity of regulatory elements, such as promoters and enhancers. In particular, we identified cases of promoters compensation with no evidence of differences in the total gene expression. In the second part of the thesis we investigated the cellular variability of gene expression in two different contexts: firstly, we studied the X chromosome inactivation (XCI) happening in female individuals. We observe extensive heterogeneity of this mechanism within and between individuals and tissues. And secondly, we integrated single-cell gene expression quantification and DNA variation to identify cell-type specific expression quantitative trait loci (eQTLs) in the human pancreatic islets.

Le but de cette thèse a été l’investigation de l’isomérisation diastereosélective d’alcools allyliques primaires chiraux, ainsi que leur synthèse. Dans la première partie de ce travail de recherche, deux voies de synthèse différentes ont été mises au point pour l’obtention d’alcools allyliques primaires énantioenrichis. L’approche stéréoconstructive repose sur l’installation de la stéréochimie du carbon C-(4) par l’hydrogénation enantiosélective d’un alcène fonctionnalisé. Tandis que l’approche stéréorétentive se base sur le couplage croisé d’un produit commercial déjà énantiopur et d’un autre fragment. Des alcools allyliques primaires hautement énantioenrichis et géométriquement purs ont été synthétisés. Quatre catégories de substrats ont ainsi été développés. Dans la dernière décennie, l’isomérisation énantiosélective d’alcools allyliques primaires a été largement étudiée par différents groupes de recherches. Cependant, très peu d’exemples décrivent l’isomérisation diastéréosélective d’alcools allyliques primaires chiraux. La seconde partie de ce travail de recherche s’est focalisé sur cet aspect. Les alcools allyliques primaires énantioenrichis synthétisés ont été évalué dans l’isomérisation diastéréoselective catalysée par l’iridium. Aussi bien des aldéhydes anti- que cis- comportant des stéréocentres vicinaux tertiaires ont été isolés avec d’excellents rapports diastéréomériques et d’excellents excès énantiomériques. L’influence du profil de substitutions des alcools allyliques primaires dans cette réaction a également été étudiée. Finalement, des études préliminaires pour la synthèse de ϒ-butyrolactones ont été conduites. Inspiré par des précédents présents dans la littérature, l’isomérisation d’alcools allyliques primaires chiraux portant une fonction alcool non-protégée a été réalisée pour l’obtention de lactones. Ces résultats encourageant motivent l’intention de synthétiser des ϒ-butyrolactones énantioenrichis via une isomérisation stéréodivergente, un concept déjà validé dans l’historique de recherche du groupe Mazet.

A single-step methodology was previously developed to transform unsaturated polyether macrocycles into chiral crown ethers (dr > 98:2). This tandem amidation-olefin transposition process involving aromatic amines under basic conditions was further explored and used for different applications during this PhD. First, development of a new methodology with aliphatic amines, by preformation of the bis-amides and subsequent olefin transpositions, afforded new chiral crown ethers. Then, cryptands were obtained thanks to a late-stage functionalization of some chiral crown ethers. These new receptors exhibited a heteroditopic character toward salts made of sodium and linear anions in particular, which was demonstrated by 1H NMR spectroscopy and solid state structure analysis. Finally, when chiral crown ethers are synthesized with certain fluorescent aromatic amides (pyrene, perylene, NMI or fluorene derivatives), a strong excimer fluorescence was measured due to the spatial proximity of the fluorescent arene moieties. The study of the chiroptical properties of these enantiopure macrocycles proved to be a rare examples of allied +/- ECD and on/off CPL reversible switches.

The endosomal sorting complexes required for transport (ESCRT) is a multiprotein complex that participates in processes which require membrane deformation, such as cytokinetic abscission, and multivesicular body (MVB) biogenesis. MVBs contain intraluminal vesicles (ILV), the formation of which plays a key role in the delivery of ubiquitinated cargo to lysosomes for degradation. ALIX is an ESCRT-associated protein known to interact with TSG101 and CHMP4, two ESCRTs, and a late endosomal lipid, LBPA. ALIX and LBPA participate in ILV formation, yet the mechanism by which they act is unknown. Here, we show that ALIX recruits ESCRT proteins, mainly CHMP4, to late endosomes, in an LBPA-dependent manner. Additionally, ALIX overexpression induces the endosomal accumulation of ubiquitinated proteins, providing evidence that the sorting of several specific transmembrane proteins depends on ALIX. Altogether, we illustrate the importance of ALIX and LBPA in the recruitment of ESCRTs and in the sorting of specific cargo.

Interface properties dramatically differ from those of the bulk phase. Specific techniques need to be used to study interfaces and, here, surface second harmonic generation was employed. This process is allowed at interfaces but not in the bulk. We have investigated biomimetic interfaces using Yellow Oxazole (YO) cyanine dyes and a dithienothiophene (DTT-1) push-pull molecule. YO compounds are well-known DNA probes and we showed that they could be used to study interfaces in the presence or not of DNA. DTT-1 was used as a mechanosensitive probe for detecting order and surface pressure at interfaces, extending its mechanism to nonlinear spectroscopy. Computer simulations were performed in parallel to the experiments in order to have a better microscopic view of the systems. The work presented in this thesis suggests that both classes of compound may be applied in the future as biological probes using second harmonic generation.

Inspired by the color tuning of carotenoids pigments in lobster, our group highlighted how the interplay of chromophore polarization and planarization is the key point for the design of environment sensitive fluorescent probes, named “flippers”. They are constituted by an electron rich DTT (dithieno[3,2-b;20,30-d]thiophene) moiety connected through a σ bond to an electron poor DTT-S,S-dioxide to achieve a fully operative push-pull system. A polar head group is linked to the hydrophobic core to ensure right orientation inside the lipid membrane. Sensitivity comes from the ability to adopt a twisted or planar conformation in response to the packing of the environment. The difference observed in excitation spectrum of the two conformation can be used to detect and study membrane tension. To screen the effect of further chemical modifications, chromophore length and oxidation, steric hindrance and extended conjugation are the main factors that can be evaluated in order to affect the spectroscopic properties of these powerful probes.

Clathrin-mediated endocytosis is a conserved process by which eukaryotic cells take up molecules from their environment. Endocytic membrane bending in budding yeast requires the construction of a dynamic actin network, which produces force to deform the plasma membrane against the turgor pressure. The type-I myosins Myo3 and Myo5 are essential for endocytosis, but how they contribute to remains unknown. The goal of my PhD thesis was to investigate these proteins to clarify their role in endocytosis in yeast. Using quantitative live cell imaging and genetic perturbations, I show that Myo3 and Myo5 stimulate actin network growth in a dose-dependent way, which controls the speed of coat movement. This ability does not depend on their Arp2/3-activating domain. Together, these findings refine our understanding of the role that Myo3 and Myo5 play within the endocytic machinery and suggest a novel role for type-I myosins in facilitating actin network growth under high loads.

Endocytosis is an ancient pathway that regulates communication of the cell with its environment. During this process, the plasma membrane is reshaped in a controlled sequence: a flat membrane forms an invagination that undergoes scission to produce a cargo-filled vesicle. Breaking the membrane invagination to form a vesicle is perhaps the most dramatic shape transition in this development, exciting a large body of literature addressing the cause of membrane scission. Work on mammalian cells has converged on a scission mechanism based on membrane neck constriction by the GTPase dynamin. A clear understanding of what causes scission remains incomplete for the much simpler endocytic network in yeast cells. In this thesis, I investigate the mechanism of membrane scission in Saccharomyces cerevisiae and the proteins involved by combining mutagenesis with live-cell imaging of fluorescently-tagged proteins. Endocytic sites are very stereotypic in yeast, recruiting about 50 proteins- most with mammalian homologues- in a highly specific sequence. These proteins can be assigned to separable modules based on their role in endocytosis. Members of the coat module arrive when the membrane is still flat and form the template for invagination. Actin regulators arrive later and produce the forces required to pull up the membrane. Scission proteins arrive at the end of the timeline and regulate vesicle formation. The yeast BAR domain complex Rvs is an important regulator of scission: in cells without Rvs, scission efficiency decreases by nearly 30%. The 70% of invaginations that undergo scission in the cells form smaller vesicles than in wild-type cells. Rvs thus appears to regulate both timing and likelihood of scission, but it has not been clear how it does so, or how it gets recruited to membrane tubes in the first place. I find that Rvs localization is timed by its BAR domain. The BAR domain senses a particular membrane shape, and Rvs is only recruited to endocytic sites once this shape is acquired. Surprisingly, localization efficiency and localization itself is affected by a second domain of Rvs167, the SH3 domain. This domain helps recruitment of Rvs and could couple the actin network to vesicle scission, triggering disassembly of the actin network once scission occurs. Several models have been proposed for what eventually causes scission. I test predictions of some of these models. I find that forces generated by dynamin and lipid hydrolysis do not drive vesicle formation. Scission timing is also independent of the number of BAR domains recruited to membrane tubes, so is not based on BAR concentration-dependent membrane rupture. Scission timing is instead determined by the amount of actin at endocytic sites, and hence by the magnitude of forces generated on the membrane. There appears to be a threshold force over which the membrane reliably ruptures. The function of Rvs is to scaffold the membrane, and prevent scission before this force is generated, allowing reliable formation of vesicles.

The cell-penetrating poly(disulfide)s (CPDs) developed by the Matile group in 2013 have shown excellent cellular uptake properties. Indeed, their mechanism of cell entry relies on the interaction with exofacial anions and thiols, due to the presence in their sidechain of guanidinium groups and in their backbone of disulfides, respectively. Therefore, their uptake is counterion- and thiol-mediated and the combination of the two has enabled the delivery of model fluorophores as well as proteins, antibodies and quantum dots. In order to study the effect of modifications in the CPD structure, new monomers need to be sythesized and then polymerized, through disulfide-exchange, with conditions that need to be optimized each time for even the smaller changes in the monomer structure. This, therefore, called for the development of a strategy that would allow to install different functionalities starting form the same batch of polymer. In the first approach, hydrazone exchange was envisioned as a strategy to perform CPD sidechain functionalization. Due to the low yield of functionalization that was obtained, we decided to adopt a more robust strategy, that is copper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC). Indeed, by preparing an azide polymer, CuAAC could be performed with different alkynes to obtain modified CPDs with excellent yields, reproducibility and versatility. Glycosylation was successful to improve the cellular uptake by integrating a new mechanism to the mode of action of the CPDs. It also enabled the efficient delivery of streptavidin by performing glycosylation at the sidechain of biotinylated polymers. The compatibility of CuAAC with the poly(disulfide) backbone of the polymers was also exploited for terminator engineering.

Monitoring of nutrients and species relevant to the carbon cycle is of vital importance for tracing and understanding the mechanisms that drive aquatic ecosystem dynamics. Multiple harmful effects resulting from nutrient enrichment range from localized high concentrations of suspended algae to marked dissolved oxygen depletion and death of biota. Furthermore, the ocean surface pH has decreased significantly in the last few decades, leading to notable changes in structure and biodiversity of aquatic ecosystems. High quality monitoring of relevant chemical species is crucial in order to predict and to be able to deal with the consequences of anthropogenic influences. The main goal of this work has been the development of sensors, new tools, in-line setups and approaches for on-site and in-situ monitoring of nutrients and species relevant to the carbon cycle; integration of the proposed arrangements for the field analysis in freshwater and/or seawater with subsequent validation using laboratory measurements.

In this thesis, interaction of layered double hydroxide (LDH) nanoparticles with various charged species were investigated. Moreover, functional materials with enzymatic activities were prepared. While the Chapter 1 represents the introduction, experimental background and outline of the thesis, the Chapter 2 focuses on ion specific effect on colloidal stability and charging properties of the LDH material. It was observed that different monovalent salts influence the electrophoretic mobilities and the colloidal stability of LDH nanoparticles in a different extent. The main reason for this phenomenon is the variation of the counter-ion hydration, as it had been predicted by the Hofmeister series. Multivalent ions showed more pronounced effect on charging and aggregation of LDHs according to the Schulze-Hardy rule. However, such ion specific effects were more pronounced than predicted by these theories due to strong adsorption of the counter-ions on the surface of the LDH particles. In the Chapter 3, the influence of a copolymer adsorption on the colloidal behavior of LDH was studied. Coating was performed at various ionic strengths to clarify the nature of interparticle interactions. The negatively charged copolymer was able to induce charge neutralization followed eventually by significant charge inversion of the LDHs. This charge reversal led to increased surface charge density and to stable dispersions even at elevated salt concentrations. Interaction of LDH platelets with oppositely charged latex spheres was probed in mobility measurements and by dynamic light scattering in the Chapter 4. In this case, LDH behaves as a polyelectrolyte and strongly adsorbs on the surface of the latex particles causing charge inversion. Charge neutralization occurred at a certain value of LDH dose inducing rapid particle aggregation in the dispersion. Aggregation in these samples was faster than the diffusion-limited aggregation, which was a proof of additional attractive force (patch-charge force). Latex particles were coated by two types of LDHs with a different anion intercalated among layers, however, this difference did not influence the outcome of the experiments. Preparation of LDH-DNA hybrid nanocomposite was performed in the Chapter 5. Two different approaches were examined, namely, adsorption due to the opposite charge of the support and the guest molecule and covalent bonding after functionalization of the support and activation of the DNA. Successful immobilization was proved by IR spectroscopy and SEM-EDX measurements. Chapter 6 concerns functionalization of LDH clay with biocompatible polyelectrolyte, heparin. It was able to induce charge inversion, which corresponds to typical U-shaped stability curves. In comparison to the bare particles, the coated ones exhibited multiple times improved colloidal stability. Difference in the morphology of the bare and coated nanoparticles was not observed. This was the initial step towards preparation of enzymatically active, highly stable, functional material. The two final chapters with results (Chapter 7 and Chapter 8) are focused on the preparation of functional materials. Namely, superoxide dismutase (SOD) and horseradish peroxidase (HRP) were adsorbed separately on LDH platelets. LDH-SOD was afterwards coated with heparin in order to make the material resistant against salt-induced aggregation. While for HRP immobilization, heparin adsorption had to be performed initially, in order to introduce sufficient negative charge to the particles, which enables successful enzyme adsorption via electrostatic interaction (HRP has a net positive charge at neutral pH). Importantly, both enzymes kept their native conformation, which was reflected as a preserved enzymatic activity upon immobilization. Materials were also stable at elevated ionic strength (above 150 mM, which is the one in blood) and changes in morphology of the particles upon functionalization were not observed. The last chapter of the present thesis is concerned with the conclusions of the work.

Remote functionalization represents the opportunity to achieve a given transformation at a remote position with respect to an existing functional group. In this thesis, we disclosed the Pd-catalyzed deconjugative long-range isomerization of a,b−unsaturated carbonyl compounds bearing a remote hydroxyl-group for the preparation of a,w−dicarbonyl compounds. Next, two multicatalytic sequential systems were developed for the isomerization of alkenyl methyl ethers to methyl vinyl ethers and subsequent Ni-catalyzed cross-coupling with Grignard reagents. An Ir/Ni system was used with allyl methyl ethers and the enantioselective variant of the reaction was achieved, too. A Pd/Ni system allowed the remote functionalization of alkenyl methyl ethers. The long-range isomerization/borylation of a,b−unsaturated carbonyl compounds bearing a terminal aromatic group was attained using a multicatalytic sequential approach. A Pd-based system was able to discriminate between the two similar olefins of the starting material and the vinyl arene intermediate, which was engaged in a one-pot Cu-catalyzed b−borylation.

In this work, a robust platform based on black lipid membranes (BLMs) was developed for the characterization of voltage sensitive dyes (VSDs) and membrane ion transport mechanism. For this purpose, lateral BLMs where electrical measurements and fluorescence microscopy setup are combined, were first demonstrated for calibrating di-4-ANEPPS a common VSD. The advantage of the setup is 1) its flexibility in the choice of lipids and the applied voltages, 2) its high stability that enables high voltage (500 mV) application and longtime measurements, and 3) its fluorescence microscopy readout, which can be directly correlated with other fluorescence microscopy experiments using VSDs. Secondly, taking advantage of the high stability, the reported platform was used for the characterization of transport activity and ion selectivity of novel synthetic ionophores based on σ hole interactions. Finally, we also explored the dynamic and structural characteristics of the classic BLMs and we addressed the existing limitations to synchronize electrical and fluorescence recordings in such platforms.

Memory T cells (TM) are important components of the immunological memory. Resident memory T cells (TRM) are a subset of TM that reside long-term at sites of previous infection. This thesis investigated the functioning of virus-induced TRM in the brain. Brain TRM (bTRM) proved to be potent and autonomous defenders of the brain against a viral re-infection by rapidly acquiring proliferative and cytotoxic programs as well as by producing cytokines. Thereby, bTRM protected this important and vulnerable organ against otherwise fatal immunopathological disease. In contrast to this beneficial role of bTRM, virus-induced bTRM that recognized a neo-self-antigen presented by CNS-resident cells triggered a local inflammation and an autoimmune-like disease. Accordingly, inflamed brain areas of patients suffering from the human autoimmune disease Multiple Sclerosis contained high numbers of bTRM. This work therefore highlighted a potential double-edged role of bTRM. While virus-specific bTRM are potent immune defenders of the CNS against re-infection, self-reactive bTRM likely contribute to brain autoimmune diseases.

The solid contact ion selective electrodes are different from the liquid contact ion selective electrodes by replacing the inner filling solution with solid-state ion-to-electron transducers. In this thesis, two different types of ion-to-electron transducers are introduced. The first is the multi-walled carbon nanotubes modified with alkyl group for fabrication of solid contact electrodes for on-line and in-situ potentiometric detection of environmental anions (e.g., chloride, carbonate, nitrate). The second utilizes the electropolymerized poly (3-octylthiophene) for voltammetric study of ion transfer process between membrane and solution interface. By proper experimental design, the voltammetry experiment could be a useful technique for probing the ion-ionophore interactions inside the membrane. In addition to the research of solid contact ion selective electrodes, robust boundary element calculations in the computer simulations of ion exchange process for ion selective membrane are also described.

In this thesis, we develop a new mass spectrometry-based chemoproteomic method that allows detection and monitoring of up to 3000 reactive cysteines in any given cellular proteome via strategic use of two clickable probes with complementary selectivity profiles, iodoacetamide-alkyne and ethynyl benziodoxolone JW-RF-010. With this approach, we identify the targets of the natural product curcumin and found that it covalently modifies several key players of cellular signaling, including the kinase CSNK1G. Furthermore, we apply our profiling method to identify molecular targets of the natural product deoxyelephantopin and found that it covalently modifies the zinc-bound Cys190 in a zinc finger motif of PPARγ. Finally, we elucidate the molecular mechanism of thiol-mediated uptake. We show that appendage of a single asparagusic acid residue is sufficient to ensure cellular uptake of proapoptotic peptides. Experiments document covalent bond formation between asparagusic acid and two cysteines on the transferrin receptor resulting in subsequent endocytic uptake.

The objective of this thesis was the development of new enantioselective intermolecular Pd-catalyzed cross-coupling transformations using 2,3-dihydrofuran derivatives and readily available electrophiles. In Chapter 2 the arylation of 5-alkyl-2,3-dihydrofurans is presented. The well established complementary reactivity of homo and heterotopic bidentate ligands in the Heck reaction allowed us to develop a single set of experimental reaction conditions. The use of a chiral (P,P) or (P,N) ligand afforded the corresponding 2-alkyl-2-aryl-2,3-dihydrofurans or 2-alkyl-2-aryl-2,5-dihydrofurans in good yield and high levels of regio- and enantiocontrol. In Chapter 3 and 4 the carboetherification and carboamination of 2,3-dihydrofuran derivatives by 2-bromophenol and mesyl protected 2-bromoanilines are disclosed. These fully intermolecular heterocarbofunctionalization methodologies give direct access to the highly valuable tetrahydrofurobenzofuran and tetrahydrofurofuroindoline scaffolds. In Chapter 5, the isolation and characterization of reactive intermediates allowed us to rationalize the factors that govern the regioselectivity of the arylation in these new transformations.

NOX2 is an enzymatic complex that produce oxygen radicals and is important for killing pathogens. A lack of function mutation in genes coding for NOX2 or its subunits cause a hereditary disease called chronic granulomatous disease (CGD). In addition to recurrent infection, CGD patients are also more prone to develop autoimmunity. This suggests an important role of NOX2 in controlling the adaptive immune response. The aim of this thesis was to study this role. We therefore used ovalbumin (OVA) as antigen and curdlan or alum as adjuvant to study the humoral and T cell response in NOX2-deficient and WT mice. We found that NOX2-deficient mice produced more OVA-specific IgG2c antibodies. This increased antibody production was associated with an enhanced Th1 response. We also demonstrated that NOX2-deficient dendritic cells are more efficient in activating T cells than WT DCs. Finally, NOX2-deficient DCs produce more Th1-driving cytokine that WT DCs.

Non alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a liver metabolic disorder that can progress to non alcoholic steatohepatitis, cirrhosis, and ultimately hepatocellular carcinoma (HCC). The miRNA miR 21 is upregulated in steatotic livers and is considered to exert powerful oncogenic functions. The mechanisms by which miR 21 promotes in vivo hepatic metabolic disorders and hepatocarcinogenesis are however still unclear. We therefore aimed at better delineating the in vivo roles of miR 21 in NAFLD and HCC pathogenesis. We demonstrated that mir-21 alters the expression of critical metabolic regulators of the liver to promote metabolic disorders induced by excessive energy intake in mouse, such as glucose intolerance, increased adiposity, hepatic insulin resistance and steatosis. We however also showed unexpected mir-21 tumor suppressive functions against chemically- and genetically-induced HCC, likely through a hepatic anti-inflammatory action. mir 21 silencing could thus constitute a therapeutic strategy for the treatment of metabolic pathologies, but might be detrimental when used against HCC.

Cette thèse a pour objet l’analyse des métabolites polaires impliqués dans les cascades biologiques et représentants un intérêt dans la compréhension des systèmes biologiques (cibles thérapeutiques, étude des mécanismes pathologiques). La préparation des échantillons cellulaires est évaluée et les métabolites sont extraits de plusieurs sources (végétales, animales, humaines). Des approches analytiques complexes telles que la chromatographie liquide (LC) couplée la spectrométrie de masse (MS) sont nécessaires afin de séparer les métabolites polaires. Des instruments hybrides de haute et basse résolution sont utilisés dans des études de quantification à la fois relative et absolue des métabolites polaires. Une approche métabolomique alliant l’aspect qualitatif et quantitatif (QUAL/QUANT) est évaluée à l’aide d’une récente technique d’acquisition appelée SWATH-MS. Les thèmes liés aux modes d’acquisitions dépendants et indépendants des données sont discutés.

In Drosophila Sensory Organ Precursors (SOP), asymmetric cell division gives rise to two daughter cells with different cell size, the PIIB being smaller than its sibling the PIIA daughter cell. Most of the studies of cytokinetic mechanics focus on the equatorial constriction ring and the positioning of the spindle, however an actomyosin cortex is also present at the poles of dividing cells. In this study, we show that in wild-type SOP, an asymmetry of cortical actin is built during division, with more cortical actin in the bigger PIIA daughter. By using nanobody targeting experiments as well as FRAP, laser ablation and mutant conditions, we investigate how this polar actin cortex regulates cell shape to generate a proper asymmetric cytokinesis in SOPs. We demonstrate that this polar cortex has a big contribution to the final cytokinesis shape and that perturbing this asymmetry of cortical actin leads to daughter cell size inversion.

In the course of the work of this thesis we have tried to describe the main mechanisms of the HS⟶LS relaxations after photo-excitation at low temperatures in spin-crossover compounds with the fundamental objective of understanding the processes that govern the apparition and growing of domains of centres either in the HS or in the LS state and their relationship with the cooperativity that takes place in these compounds during both, the light-induced and thermal-induced spin transitions. With this purpose in mind we have focused our work on the analysis of the structural evolution of two different systems during the HS⟶LS relaxation: The Hofmann clathrate [Fe(pz)Pt(CN)₄], which is very well known for its excellent spin-crossover properties, since it shows a very cooperative transition around room temperature, and the [Fe(n-Bu-im)₃(tren)](PF₆)₂ compound, for which two different thermal spin crossover behaviors have been observed depending on the scan rate of the temperature.

TThis PhD was focused in the reactivity and the study of (chir)optical properties of DMQA and DAOTA scaffolds, and their derivatives. The late stage functionalization of the [4]helicene core by electrophilic aromatic substitution reactions and derivatization, provided a substrate scope of 26 derivatives, and includes the solid state analysis, electronic, absorption and emission properties of these compounds, and for some enantiopure adducts, the study of the electronic circular dichroism and circularly polarized luminescence. The solid state analysis, electronic, absorption and emission properties upon the introduction of the auxochrome substituents in DAOTA series was also studied. The oxidative dimerization of cationic [4]helicene derivatives was also described. Two features were particularly emphasized: (i) the homochiral recognition in the intermolecular coupling and (ii) the kinetic and themodynamic atroposelectivity around the novel Csp₂-Csp₂ bond.

This thesis introduces the basic principles of quantum chemistry, photochemistry and the computation of molecular properties. The results of original research are divided in three parts. Each part is constructed around a common feature of those projects, including a specific theoretical introduction. The first part approaches the problem of modelling solvent effects for property calculations. It approaches more specifically the use of continuum models and frozen density embedding methods. The second part highlights the problem of computing charge transfer excitations. It starts with a short presentation of the failure of linear-response time-dependent density functional theory and is followed by the results of two projects involving the computation of charge-transfer like excitations. Finally, the last part approaches the case where multireference methods are necessary to compute properly the features of different potential energy surfaces.

The field of electrochemical and optical sensors has witnessed a growing scientific attention and activity in the development and characterisation of new sensing materials and concepts. Recent applications of ion sensors have come through advances in sensor design, material improvements and progress in software innovations. All together is closely correlated and now the ion sensors provide lots of benefits in various areas including fundamental research and applied work such as commercial industries, manufacturing, pharmaceutical regulatory, environmental or forensic monitoring. Nevertheless there are still some limitations in sensing technology that remain unsolved. In order to overcome these limitations and gain more fundamental knowledge about processes and sensing mechanisms, we focused our attention on the development of such materials that would allow us to bring our goals to the successful completion.

The defining morphological characteristic of endosomes is their multivesicular appearance, a product of the formation of intraluminal vesicles (ILVs) that bud from the limiting membrane and into the interior. It is poorly demonstrated how these ILVs arise, and what factors govern their formation and dynamics. In this study, we aimed to develop a robust methodology to monitor ILV formation and back-fusion by analyzing cargo known to traffic via ILVs in the endocytic system and to find novel candidates involved in this process. We have devised and tested a number of novel methods for monitoring the formation and dynamics of ILVs in the endocytic system and characterized the trafficking of ILV-dependent cargo.

The goal of this PhD was to explore a new synthetic protocol for the synthesis, resolution and late stage functionalization of cationic [6]helicenes. The replacement of oxygen by nitrogen atom at bridge position is favorable due to the better charge stabilization brought by the electron-donating groups. The transformation from dioxa into azaoxa and diaza [6]helicenes is achieved in milder conditions. The enantiomers of the cationic [6]helicenes were separated using CSP-HPLC conditions in neutral or cationic derivatives and their chiroptical properties and racemization barriers were studied. In addition, an oxidative coupling between the more electrophilic dioxa [6]helicene and indoles or indoline was achieved on the naphthyl rings. This regioselective functionalization led to donor-acceptor dyes with interesting optical properties. Further tuning of the electronic properties was achieved through the addition of electron-donating or electron-withdrawing substituents at the periphery of diaza [6]helicene. Highly efficient luminophores or far-red absorbers are now accessible.

La tuberculose est une menace majeure pour la santé humaine. Son agent responsable, Mycobacterium tuberculosis, est une bactérie qui infecte les macrophages alvéolaires et détourne les voies bactéricides qui normalement protègent les poumons de l’infection. Certaines des grandes étapes du cycle d’infection intracellulaire de cette bactérie ont été décrites pour la premiére fois il y a moins de 10 ans. Par conséquent, des aspects importants de la pathogénicité des mycobactéries et des défenses de l’hôte pendant l’infection restent à explorer. Ici, nous avons utilisé le systéme bien établi composé par le modèle de macrophages, l'amibe sociale Dictyostelium discoideum, et la bactérie de la tuberculose du poisson Mycobacterium marinum, pour disséquer plusieurs aspects de cette interaction. Ce système est non seulement plus manipulable expérimentalement, mais permet également l’étude des mécanismes de base de la pathogénicité des bactéries et des défenses cellulaires autonomes, qui sont hautement conservées. Dans cette étude, nous avons étudié le cycle intracellulaire de M. marinum dans son hôte D. discoideum, au stade unicellulaire. Pour cela, nous avons utilisé la microscopie en temps réel à long terme de cellules infectées vivantes piégées dans un dispositif microfluidique appelé InfectChip. Cette approche a permis de suivre des cellules individuelles infectées et a révélé l’hétérogénéité des destins de la bactérie et de l'hôte au cours de l0infection, qui ne pouvaient pas être observés auparavant au niveau de la population globale. De plus, nous avons analysé l’effet de plusieurs facteurs de l0hôte, de la bactérie et environnementaux sur ce processus. En particulier, nous avons étudié l'important locus génétique mycobactérien, appelé ”Region of Difference 1” (RD1), impliqué dans la virulence; l0impact de l'évasion non-lytique de la bactérie par exocytose et par éjection médiées par les protéines de l'hôte WshA et RacH, respectivement, ainsi que le rôle antibactérien de l0autophagie. En outre, nous avons examiné comment le manque de nutriments pour l'hôte affecte le cycle intracellulaire mycobactérien et conduit à la guérison de l'infection au cours du stade multicellulaire facultatif de D. discoideum. M. tuberculosis et M. marinum induisent la formation de lésions membranaires dans le compartiment intracellulaire où ils résident, ce qui permet leur translocation vers le cytosol de l'hôte à des stades tardifs de l'infection. Il a été montré que les membranes endommagées ainsi que les bactéries en translocation sont détectées par l'hôte, qui utilise plusieurs voies pour défendre le cytosol. Ici, nous avons montré pour la première fois que le Complexe de Triage Endosomal Requis pour le Transport (ESCRT) participe à la réparation des dommages membranaires induits par M. marinum chez D. discoideum. Les protéines ESCRT Vps32 et Vps4 marquées avec la GFP sont recrutées aux sites de dommages de la membrane du compartiment contenant les mycobactéries (MCV). De plus, un mutant de l'hôte dépourvu de la protéine ESCRT Tsg101 permet à la bactérie de s'échapper plus tôt du MCV, ce qui a des conséquences importantes sur le devenir de la bactérie. Enfin, nous avons également abordé le rôle de la famille des Discoidines, des lectines cytosoliques de D. discoideum, au cours de l0infection mycobactérienne. Nous avons observé que ces protéines se lient à l'enveloppe cellulaire de M. marinum lorsque les bactéries sont exposées au cytosol. Cette interaction suggère un nouveau mécanisme potentiel de reconnaissance des mycobactéries par l’hôte, qui pourrait être impliqué dans la défense contre l’infection.

This Ph.D. thesis is composed by three chapters based on different interests in chemical biology. The first chapter describes my work on the chemical glycosylation of proteins by cell compatible biorthogonal ligation. Current existing methods for the chemical glycosylation of proteins are powerful, however they are limited for purified proteins. Also, multiple synthetic steps are required to functionalize glycans of interest. The author has developed new synthetic methods to functionalize a series of native bioactive oligosaccharides in 1-2 steps. These neo glycans have enabled the glycosylation of proteins and other biomolecules in the ways that are applicable in live cells, which are tetrazine-strain alkene/alkyne cycloaddition and chelation assisted CuAAC. The second chapter describes my work on inhibition of multivalent interactions between glycans and pathogenic bacterial lectin. While multivalent interactions have been successfully blocked by glycopolymer and glycodendrimer approaches, a structurally well-designed ligand is required to enhance the potency and selectivity. A PNA encoded heteroglycan library was investigated to discover various sets of divalent glycan inhibitors for corresponding pathogenic lectins and DNA display showed structural information of ligands for preferential lectins. Furthermore, the interaction was also inhibited by PNA-programed dynamic glycan assembly. The dynamic glycan assembly was stabilized only when multivalent lectin is exists and showed nanomolar affinity to pathogenic lectin BambL. The assembly also successfully blocked the invasion of BambL to human lung epithelial cell H1299 in 723 fold effectively compared with monomeric glycan. 6 The third chapter describes my work on the development of constrained peptide catalysts folded through PNA hybridization. Folded short peptide catalysts have great potential to imitate enzyme active site and perform enzyme-like functions and ground breaking peptide catalysts have been reported to perform the diverse stereo and regio selective reactions with rate acceleration. The 1,000 member folded peptide-PNA library was screened to observe enhanced catalytic activity for phosphate bond hydrolysis. Identified sequence had >25 fold increased activity when the peptide structure was folded through PNA hybridization and the activity was moderated by strand displacement. Furthermore, to apply this concept for more broad chemistry, metallo peptide-PNA catalyst was designed and synthesized to hydrolyse metal chelating ester.

Anion-π catalysis has been discovered in 2013. The general idea is to stabilize anionic transition states and reactive intermediates on π-acidic surfaces, with anion-π interactions. This idea is completely new. The general objective of the thesis was to secure direct experimental evidence for transition-state recognition on π-acidic surfaces. For this purpose, a series of malonate-bridged naphthalenediimides was synthesized. In these macrocycles, enolate anions are covalently placed on π-acidic aromatic surfaces of systematically varied π acidity. Their presence on the π surface can be seen directly by NMR spectroscopy and X-ray crystallography. A deuterium exchange method was invented to use NMR kinetics to extract enolate-π interactions in intermediates and transition states with maximal credibility but minimal interference. The key results are that anion-π interactions can increase the acidity of enols by a value of up to ΔpK_a = 5.5.

Colloids and interfaces interacting through polar media such as water often carry electric charges and thus Columbic forces play a dominant role in these systems. Presence of the ions carrying multiple charges strongly modifies these forces and the overall behavior of the colloidal dispersions. This thesis focuses on the surface forces between charged interfaces in the presence of the multivalent ions and polyelectrolytes. This is done through comprehensive force measurements by means of Atomic Force Microscopy (AFM). Specifically, colloidal probe AFM is used to study the impact of organic multivalent ions and polyelectrolytes on surface forces between different charged colloidal particles.

A living cell is defined by its separation from the exterior medium. Lipids and proteins form this semi-permeable barrier. This boundary is important for the cell to protect itself against biotic or abiotic stresses, and to regulate exchanges with its environment. However, this membrane, eventhough fairly resistant mechanically, is prone to breaking under osmotic stress, which can lead to a damaging stretch of the membrane. In resting conditions, a cell actively maintains an osmotic pressure differential, through active regulation of the cytoskeleton, membrane trafficking and ionic channels. Those long term (minute-hours) processes have been studied in detail in the previous decades but cannot however account for the short term (second-minute) response to acute osmotic shocks, and thus the processes by which cells cope up with osmotic shock remains elusive. How do cells react immediately to osmotic stresses before their machinery tries to counteract it ?

Calcium signaling plays key roles during human myoblast differentiation. The calcium-dependent phosphatase Calcineurin is essential for myoblast differentiation and muscle regeneration. NFAT transcription factors (Nuclear Factor of Activated T-cell) are the major Calcineurin targets. By investigating their expression and their role, I found that three NFAT are present in human primary myoblasts, NFATc1, NFATc3 and NFATc4. Surprisingly, while their expression increased during differentiation, NFATc1 is more expressed in myotubes and NFATc4 in the reserve cells. Although NFATc3 is expressed in both cell types but does not seem to have a particular role during myoblast differentiation. When NFATc1 or NFATc4 expression is impaired by siRNAs, differentiation is affected. The expression of late differentiation markers, Myosin HC and STIM1L, is decreased and myotube formation is impaired, but differently. Indeed, NFATc1 knockdown strongly reduced the number and the surface of myotubes formed, NFATc4 knockdown increased myotube surface and reduced the reserve cells pool.

Constant changes in the environment constitute a threat for the maintenance of the homeostasis of an organism, and require all uni- or multicellular species to adapt in order to survive and prosper. The two multiprotein TOR Complexes, both nucleated around the conserved Target Of Rapamycin kinase, are now broadly considered as major regulators of eukaryotic cellular growth, serving as direct transducers of extracellular biotic and abiotic signals. On top of this traditional view, there is growing evidence that they also act as mediators of various aspects of cellular and organismal homeostasis. Specifically, TORC2 plays a key role in the maintenance of plasma membrane tensile homeostasis. Indeed, despite its established importance in the orchestration of many biological processes both at the cellular and tissue levels, little is known about the necessary mechanisms that regulate plasma membrane tension under ever-changing conditions due to extrinsic stressors or intrinsic phenomena such as growth. The general goal of this project was thus to investigate TORC2-mediated control of plasma membrane tension. L’homéostasie d’un organisme quel qu’il soit est en permanence menacée par les perturbations incessantes de son environnement, et qui exigent de toutes les espèces uni- ou multicellulaires qu’elles soient capables de s’adapter pour survivre et se développer. Les Eucaryotes ont optimisé des mécanismes de régulation finement ajustés et très conservés au cours de l’évolution, permettant leur croissance en cas de conditions propices, tout en garantissant leur survie lors de périodes défavorables.Les deux complexes multi-protéiques TORC1 et TORC2, tous deux organisés autour de la kinase TOR, sont aujourd’hui généralement considérés comme les principaux régulateurs de la croissance cellulaire chez les Eucaryotes, détectant de multiples informations biotiques et abiotiques en provenance de l’environnement, puis les transmettant à la machinerie cellulaire. En plus de cette vision traditionnelle, les complexes TOR sont désormais également envisagés comme étant les médiateurs de nombreux aspects de l’homéostasie cellulaire et de l’organisme. En particulier, TORC2complexe joue un rôle central dans le maintien de la tension de la membrane plasmique.En effet, bien que la tension membranaire soit clairement reconnue comme étant un facteur clé dans l’orchestration de nombreux processus biologiques, tant à l’échelle cellulaire que tissulaire, les mécanismes assurant sa régulation face à de constantes perturbations aussi bien environnementales que résultant de phénomènes intrinsèques (comme la croissance cellulaire par exemple), restent encore très mal connus. L’objectif général de ce projet était donc d’étudier comment TORC2 participe à la régulation de la tension de la membrane plasmique.

Density functional theory (DFT) in its modern Kohn-Sham formulation provides an efficient framework for the accurate characterization of the properties of many-electron systems in solid-state physics and in chemistry. In this thesis, DFT has been applied to the prediction of the structural and spectroscopic properties of selected inorganic compounds.

This thesis deals with the fundamental studies of some materials containing boron-hydrogen bonds which can potentially be used either as the hydrogen storage materials (M(BH₄)₂, M=Alkaline earth metal), as the solid electrolytes for batteries (Na₂B₁₂H₁₂) or as reducing agents for CO₂ (Mg(BH₄)₂). First part of thesis deals with borohydrides (BH₄^-). Synthesis and characterization of halide-free Sr(BH₄)₂, Ba(BH₄)₂ and Eu(BH₄)₂ is reported. Crystallographic study of these compounds helped in identifying several new phases and a new species metal borohydride hydride (M₂(BH₄)H₃). In depth study of B-H bond breaking is reported via isotope exchange reaction in Ca(BH₄)₂. A practical example of borohydride as reducing agent is reported by showing the reduction of CO₂ with gamma-Mg(BH₄)₂. The second part of the thesis focuses on closoboranes derived from the B₁₂H₁₂^2- ion. Compounds of this family have recently attracted great interest as solid ionic conductors for Li and Na ions.Results of DFT calculations on isolated B₁₂H₁₂^2- anions and halogen (F, Cl or Br) substituted anions were analysed in detail. Synthesis of Na₂B₁₂(SCN)H₁₁ is reported. The measurement of the ionic conductivity of this sample shows that the conductivity at room temperature is much better (1000 fold) compared to pristine Na₂B₁₂H₁₂.

Le premier chapitre consiste en une introduction sur les polymères contenant des lanthanides. Les propriétés des ions lanthanides, la synthèse et la caractérisation des polymères sont brièvement décrites puis les polymères contenant des lanthanides sont présentés selon le type d’organisation auxquels ils appartiennent. Enfin, les applications de ces polymères sont discutées. Il ressort de ce premier chapitre que la sphère de coordination autour du lanthanide n’est souvent pas contrôlée et trop peu étudiée malgré l’influence que cela peut avoir sur les propriétés du polymère. Le second chapitre commence par une introduction du site binding model qui permet d’exprimer chaque constante de complexation d’un polymère en fonction de deux paramètres thermodynamiques : l’affinité intrinsèque d’un ion lanthanide pour un site et l’interaction intermétallique entre deux sites voisins occupés. La complexation d’une molécule modèle avec une seule unité bisbenzimidazole pyridine est dans un premier temps étudiée afin de déterminer la valeur de l’affinité du lanthanide. La photophysique du complexe d’europium avec ce ligand monomérique est également décrite et présente un bon rendement quantique. Le troisième chapitre décrit la mise au point de la synthèse et de la caractérisation de polymères contenant plusieurs unités bisbenzimidazole pyridine. Après titrages RMN avec les ions lanthanides, l’affinité et l’interaction intermétallique sont calculés pour quatre polymères de taille différente. Les paramètres thermodynamiques obtenus sont sensiblement identiques toutefois en comparaison avec le monomère, une chute importante de l’affinité est enregistrée. En outre, l’émission des polymères complexés avec l’europium montre une baisse importante du rendement quantique. Dans le quatrième chapitre, un ligand dimérique avec la même géométrie que le polymère est étudié ainsi que deux autres dimères avec d’autres espaceurs induisant différentes orientations d’un site par rapport à l’autre. L’affinité des lanthanides est semblable pour tous les dimères et montre une évolution en bol le long de la série des lanthanides comme observé pour le monomère et les polymères. L’interaction intermétallique ne dépend que très peu de l’ion lanthanide utilisé mais sa valeur est clairement identifiable selon le type de ligand dimérique. Un effet légèrement coopératif est mesuré pour une orientation du dimère tandis qu’une autre ne montre aucun effet significatif et que la dernière révèle un léger effet anticoopératif. Il a été également démontré que l’évolution de l’affinité du lanthanide décroît de façon exponentielle avec le nombre de sites du ligand étudié. Ces variations ont été expliquées en calculant de façon approximative les énergies de solvatation d’après les moments de dipôle obtenus par chimie computationnelle. Dans le cinquième et dernier chapitre, différents sels de lanthanides ont été synthétisés afin de faire varier les paramètres thermodynamiques des ligands tridentés précédemment étudiés. Les dicétones asymétriques utilisées pour former les nouveaux transporteurs de lanthanides ont malheureusement induits une forte chute de l’affinité pour le ligand ce qui a empêché soit leur synthèse, soit la détermination des constantes de stabilité avec le monomère et les dimères. Toutefois, les paramètres thermodynamiques ont été déterminés avec un sel contenant une dicétone asymétrique, révélant des effets systématiquement plus anticoopératifs. Une valeur d’interaction intermétallique plus grande pour un des ligands dimériques a même été mesurée. La photophysique des ligands monomériques complexés avec l’europium ont montré le peu d’importance du type de dicétone utilisée sur le rendement quantique.

Our group developed a new class of mechanosensitive membrane probes. To ensure the partitioning and the correct orientation inside the membrane, a charged "head" group was added to the design, generating an amphiphilic probe. Since the original design proven to show high mechanophoric properties the main focus was directed towards the hydrophilic part of the probe, the "head" group. A series of different linkers between the charged "head" group and the DTT core were tested resulting in the synthesis of a new probe which retained the mechanophoric properties of the original probe all while increasing its bio­compatibility and chemical and photo­ stability. Furthurmore, Dynamic covalent boronate ester was used in order to specifically target gangliosides on model membranes. The responsiveness of ganglioside recognition was tested by monitoring the incorporation of the probe inside large unilamellar vesicles containing different concentrations of ganglioside. pH­-dependence of this recognition was assessed.

Excitation energy transfer and charge separation are crucial steps in natural photosynthesis that allows the conversion of solar light into chemical energy. Understanding the nature of these processes is determinant for designing efficient synthetic analogues of these natural systems. This thesis describes ultrafast spectroscopic studies of the excited-state dynamics several systems, from simple molecules to multichromophoric systems, which are based on various chromophores arranged according to different motifs. To better understand the properties of these complex multichromophoric systems, systematic investigations of the individual units and model systems of different complexity have been performed. It allowed key factors enhancing the efficiency of excitation energy transfer and charge separation to be determined. The investigation of these processes in real time has been realized using various time-resolved techniques, which permit monitoring process occurring on timescale ranging from a few tens of femtosecond to several hundreds of microseconds.

Ce travail de thèse explore le premier mécanisme de conversion de lumière vers le haut qui a pu être mis en évidence pour un cation lanthanide dans le complexe moléculaire [CrErCr(L₂)₃]⁹⁺. Les propriétés photophysiques de chaque cation optiquement actif ont pu être étudiées séparément grâce à la préparation de la série isostructurale [MLnM(L₂)₃]⁹⁺ (M=Cr,Ga et Ln=Y,Er). Un mécanisme d’addition de photons par transferts d’énergie a pu être postulé pour expliquer la luminescence verte issue du Er(III) (540 nm), lors de l’excitation photonique de [CrErCr(L₂)₃]⁹⁺ dans le proche infrarouge (705 nm). L’ultime démonstration de cette hypothèse a nécessité la synthèse d’une sérié analogue, mais dinucléaire [MLn(L₁)₃]⁶⁺ (M=Cr,Ga et Ln=Y,Er). Une corrélation satisfaisante entre prédictions théoriques et observations expérimentales a pu être établie pour le nouveau complexe [CrEr(L₁)₃]⁶⁺. Fort de ce succès, la conception d’un complexe multinucléaire {[L_3'CrL₃]Er}¹²⁺ permettant d’optimiser l’efficacité de la conversion de lumière vers le haut au sein d’une architecture moléculaire a pu être suggéré. Une nouvelle stratégie de synthèse conduit aux complexes luminescent hétéroleptiques [L_3'CrL₃]³⁺ et leurs propriétés optiques ont été optimisées. Parallèlement, les contraintes stériques et électroniques des ponts polyaromatiques permettant de relier les sensibilisateurs Cr(III) à l’activateur Er(III) se sont avérées difficiles à harmoniser avec les critères thermodynamiques gérant la stabilité des assemblages multimétalliques finaux. Les connecteurs L₃ les plus prometteurs pour la préparation du premier complexe {[L_3'CrL₃]₃Er}¹²⁺ ont été identifiés.

This thesis is focused on the development of a new generation of titration reagents based on ionophores with high selectivity and versatility. This platform mainly involved the indicating and chelating nanospheres and the solvent based titration reagents. The chelating nanospheres were obtained by doping high selective ionophores and ion exchanger into the nanospheres. The indicating nanospheres were obtained by doping additionally a hydrophobic pH indicator or a solvatochromic dye into the chelating nanospheres. Based on the ion exchange principle, the amount of the analyte was calculated by the amount of the ion exchanger in the nanospheres added to the sample. Solvent based titration reagents further simplified the analytical procedure, and extended the ionophore choices of this titration scheme. Successful titration examples were demonstrated for Ca²⁺, Pb²⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, ClO₄^- and NO₃^-. The advantages and disadvantages of these titration reagents as well as the promising research directions were fully discussed.

Multiple Reaction Monitoring (MRM) is a highly sensitive and selective mass spectrometry technique for peptide quantification in proteomics. The development of an MRM assay method is critical for highly rapid, accurate, and reproducible measurements. We developed an automated workflow to generate optimal MRM transitions based on empirical synthetic peptide libraries produced by flow injection analysis using in-house developed software called MRMOptimizer. Furthermore, the evaluation of alternative techniques to MRM, such as multiple reaction monitoring cubed (MRM³) and differential ion mobility mass spectrometry (DMS), in terms of selectivity and sensitivity was an essential part of this thesis. Finally, we applied our optimized MRM assay method to investigate human monocyte-derived dendritic cell (MDDC) protein expression during the early HIV-1 infection state.

Analytical workflows and tools were developed to identify low molecular weight compounds in complex samples by liquid chromatography mass spectrometry in metabolomics and bioanalysis. An in-silico strategy allowed the comprehensive screening for comedication interferences in quantitative bioanalysis with LC-MS in selection reaction monitoring (SRM) mode. For non-targeted metabolomics, data independent (SWATH) analysis has emerged as a powerful tool for comprehensive qualitative and quantitative data acquisition. An accurate mass spectral library was created for SWATH metabolomics analysis with emphasis on quality control. The use of composite fragment spectra over a large range of collision energies allowed to minimize experimental setting bias and to ensure high identification score. Predicted retention windows were applied if a good fragment match was not sufficient for metabolite identification. Multiplexed fragment spectra from coeluting precursor ions can be an issue in SWATH analysis. We evaluated the use of variable Q1 windows and observed an improvement in selectivity.

Bottom-up approaches are widely used in preparation of high density nanoparticle assemblies since they can offer cost-effectivity and versatility for production of large-scale templates. Taking advantage of intense near field at plasmonic metal nanoparticles or in gaps between them resulting from localized surface plasmon resonances enables us to enhance spectroscopic signals particularly Raman and fluorescence. Several effects depend on the nanoscale distances. First, the plasmon band tuning and electric field strength directly depend on the nanoparticles gap size. Second, the spectral overlap of plasmon resonance and reporter molecule is also important. Moreover in fluorescence spectroscopy, fluorescence quenching is directly affected by metal-fluorophore distances. Therefore, overall distance control at nanoscale was considered as a main objective of this research. We used bottom-up techniques such as seed-mediated growth and layer by layer deposition. The prepared tunable and large-scale plasmonic templates gave promising results in enhanced spectroscopy.

Dynamin is a large GTPase that mediates membrane fission at the last step of clathrin mediated endocytosis through helical polymerization and membrane constriction of the neck of the clathrin coated vesicle triggered by GTP hydrolysis. One current model states that membrane fission occurs with a concerted constriction of the dynamin polymer along the neck of the membrane which reduces its inner diameter by sliding of adjacent turns. In vitro studies have shown that fission events are stochastic and that dynamin has no cooperativity towards GTP hydrolysis, thus it is still unclear how dynamin can coordinate such constriction events in vivo and the dynamics of dynamin constriction events in cells have never been revealed. Here, we select a conformational-specific nanobody (dynact), able to bind preferentially to the GTP hydrolyzing/constricted state of dynamin 1 and we describe the occurrence of GTPase activity of dynamin 1 in mice fibroblasts. By analyzing the colocalization over time of dynamin 1 and dynact, we show that GTP hydrolysis/constriction events in cells are unpredictable and can occur at different times during dynamin permanence at the membrane and are not correlated with the size of the dynamin polymer, confirming the stochasticity of dynamin activity during the fission event.

In monolayer protected clusters, a defined number of metal atoms and organic ligands form a core shell structure. Information about the flexibility of the ligands on the surface, the type of bonds and the vibrational properties are important for understanding their structure and chemical behavior. The gold-thiolate surface network might adopt an intrinsically chiral arrangement or chirality might be induced by chiral ligands. Kinetic studies of the racemization of enantioseparated clusters give information about the flexibility of the cluster's surface. Vibrational spectroscopy provides information on the nature of the bonds. Infrared and Raman spectroscopy in the far-infrared range are suitable for investigating the vibrational modes of the Au-S bonds. Staple types on the surface can be differentiated. The reactivity of the surface of the gold clusters allows one to impart an almost unlimited number of properties. Modifications with organic chromophores may lead to new nanomaterials exhibiting energy or electron transfer.

Continuing the work started by previous members of the Williams group, two new compounds have been added to the bis-benzimidazoles family. These chiral compounds can form mononuclear and polynuclear complexes with transition metal ions. Depending on the reaction conditions, mononuclear species can be isolated in the solid state as part of a hydrogen bonded dimer. Measurement of the magnetic susceptibility showed that the metal ions, both in the polynuclear and in the dimeric species, are coupled ferro or antiferromagnetically. Studies on solution showed that the dimeric species can be formed and are stable in solution as well. The polynuclear species obtained are mainly heterocubanes. It was shown that the helicity of these heterocubanes depends on the ligand used: both its chirality and its degree of substitution have an influence on the final structure of the complex.

Eukaryotic cells are composed of different compartments with defined biological functions. Transport of molecules from one compartment to another, as well as from and to the plasma membrane, occurs via membrane vesicles. Clathrin-mediated endocytosis is the most studied pathway for the formation of such a vesicle. The GTPase dynamin mediates the final membrane fission step in this process. This thesis describes the experimental work to clarify how a specific class of crescent-shaped proteins called N-BAR proteins regulate dynamin-mediated membrane fission. Endophilin, one of the N-BAR proteins, was taken as an example. The major experimental technique is the nanotube pulling assay, an in-vitro essay using purified proteins. Other chapters of this thesis explore curvature-inducing properties of the clathrin adapter AP180 and the curvature-dependent activity of yeast Vps34 complex I. Additionally, this thesis analyses structural consequences of mutations in dynamin and another N-BAR protein, BIN1/amphiphysin 2, which cause the hereditary muscle disease CNM (centronuclear myopathy).

The SOSIP-TSE methodology was until recently based on only two orthogonal dynamic covalent bonds : Disulfides and hydrazones. The introduction of boronate esters to these architectures was possible, but they lacked orthogonality. We here show the first known example of three completely orthogonal dynamic covalent bonds, namely disulfides, hydrazones and boronate esters. After chosing the appropriate substrates, with adapted reactivity and stability, the conditions for the orthogonal exchange reactions were determined by experiments in solution. The compatibility of this system with surface architectures was then determined by 1H-NMR and mass spectrometry. The system was further enhanced by using more stable boronate esters, that showed impressive stability in acidic and aqueous conditions, while keeping their dynamic character when needed. These new more stable boronate esters were also shown to have impressive characteristics in surface architectures, showing their potential.

How growth of a developing tissue is regulated is far from being understood. Tissue growth involves complex biological and mechanical processes that operate from the global systemic level to the local cellular level. The present work investigates two important growth-regulatory processes. The first part focuses on the mechanism by which the morphogen Dpp regulates growth and patterning of the Drosophila wing disc. In particular, it explores how wing disc growth is coordinated with the expansion of the Dpp gradient: a phenomenon that is termed scaling. The second part of this thesis tackles the dynamics, the role, and the mechanism of cell volume changes during mitosis of cultured and columnar epithelial cells. This work establishes assays and a set of analytic methods to study cell size and geometrical properties over time.

Inside the cell, transport of proteins and lipids between organelles is mediated by membrane carriers known as vesicles. The formation of these vesicles requires the participation of coat proteins which are capable to change the shape of membranes into extremely curved structures, ultimately catalyzing the scission and release of a free vesicle to the cytoplasm. Vesicular transport from the endoplasmic reticulum (ER) to the Golgi apparatus is mediated by Coated Protein complex II (COPII). COPII vesicles are formed in discrete areas known as ER exit sites (ERES). This coat complex comprises several proteins which bind sequentially to the membrane. Initially, the transmembrane protein Sec12 recruits the small GTPase Sar1, which on its GTP form release an insert an alpha-helix on the ER surface. Then the heterodimer Sec23/24 is recruited to the membrane, which in coordination with Sar1 and cargo proteins form a pre-budding complex. On a latter step, the heterotetramer Sec13/31 scaffolds over the pre-budding complex and completes membrane deformation to form a bud. The last step requires the scission of the vesicle from the ER membrane, a process that is not yet well characterized but that may depend on Sar1. The lipid requirements to deform the ER membrane are largely unknown. In this study it has been found a novel link between lipids and COPII vesicle formation in Saccharomyces cerevisiae. A mutation that affects COPII proteins recruitment, sec12-4, can be rescued by the overexpression of phospholipases, which are enzymes that hydrolyze glycerophospholipids into lysophospholipids and free fatty acids. Lysophospholipids are conical lipids whose accumulation may induce changes in curvature or membrane fluidity. Lipidomics have revealed that lysophospholipids accumulate in rescued sec12-4 mutants overexpressing these phospholipases. Furthermore, COPII vesicles have been generated with in vitro budding techniques and the lipidome analyzed by mass spectrometry. Interestingly, these vesicles had four fold more lysophospholipids than the the proportion of lysophospholipids present in the ER. Finally, in vitro reconstitutions have been used to explore the effect of lysophospholipids on the binding of COPII proteins to artificial liposomes. Confocal microscopy images have revealed that lysophospholipids increase the binding of Sec13/31 to the membrane and affects the organization of the coats over the surface of giant liposomes. The results obtained in this study establish a new link between lysophospholipids and COPII vesicle formation. Their extreme conical shape may cause changes in membrane rigidity or packing defects and by that help COPII coats to deform ER membrane.

The present thesis focuses on particle aggregation in aqueous media, particularly on the role of different ions in solution. I present a rather wide view of this topic, starting with the well researched question of multivalent ions and the Schulze-Hardy rule, continuing with the less investigated effects different types of monovalent ions and the Hofmeister series, and finally addressing an entirely unexplored field, namely particle aggregation in water-miscible ionic liquids. This thesis describes a broad view of particle aggregation in different ionic media and presents a wealth of original results. Two among those should be particularly stressed. First, the presented comparison between light scattering and direct force measurements represents a novel approach to study particle aggregation phenomena. Second, the investigations involving ILs are innovative and will surely influence the rapidly evolving field of ILs in the near future. Therefore, the originality of this thesis is substantial.

In 2010 the group of Professor Jérôme Lacour disclosed a new [3+6+3+6] reactivity leading to the formation of macrocyclic structures, closely related to 18C6 crown ethers. This reaction was achieved using a combination of alpha-diazo-beta-ketoesters reagents, 6-membered cyclic ethers and Rh(II) complexes as catalysts. The project of this PhD thesis was to disclose the kinetic and mechanistic parameters governing the formation of these macrocyclic structures and to optimize the process to readily scale up the reactions with low catalyst loading. These conditions were then applied on nitrogen containing substrates which were challenging at the time, such as morpholines. Moreover, an in-depth analysis of the key reaction parameters will be provided, with a focus on the role of the dirhodium catalysts and the diazo decomposition kinetics. The studies were also dedicated to an extensive analysis of the mechanism generating the macrocyclic structures, with a particular care on the characterization (reactivity and structure) of key oxonium ylide intermediate. Several achiral dirhodium complexes were synthetized, structurally analyzed, and applied in the reaction, showing, for some of them, such as novel Rh2(TCPTCC)4, a better catalytic activity. A scale up process (20 g of diazo) with a catalyst loading as low as 0.001 mol% was then generalized to increase the scope of the reaction. Challenging substrates such as protected morpholines were successfully used, generating aza-polyether macrocycles.

A reverse micelle technique was used to prepare size-controlled tetrahedral micro- and nanocrystals of the coordination network [Ru(bpy)₃][NaCr(ox)₃], ox = oxalate, bpy = 2,2’-bipyridine. After laser excitation at 532 nm, the 2E emission of Cr(III) indicates an efficient directional energy transfer from the chromophores located in the core of the nanocrystals towards the ones closer or at the surface. The functionalization of the nanocrystals surface by direct chemical grafting of energy acceptors in form of encapsulated lanthanides complexes ([Ln(hafc)₃dig], Ln³⁺ = Yb³⁺, Er³⁺, Eu³⁺, dig = diglyme) decreases the inhomogeneous width of the R-lines. The presence of the lanthanides transitions 4I_13/2 → 4I_15/2, 4I_9/4 → 4I_15/2 and 2F_5/2 → 2F_7/2 for Erbium and Ytterbium in the functionalized nanocrystals indicates down-conversion of the excitation energy. These results were evidenced by high-resolution absorption and emission spectroscopy.

The macula and fovea located at the optical centre of the retina make primate visual perception unique among mammals. Our current understanding of retina ontogenesis is primarily based on animal models having no macula and no fovea. However, the pigeon retina and the human macula share a number of structural and functional properties that justify introducing this new model system for retina development. Comparative transcriptome analysis of the pigeon and chicken retinas during development reveals that the pigeon’s genetic programs underlying cell differentiation are postponed until the end of the period of cell proliferation. The late onset of neurogenesis has a profound effect on the developmental patterning of the pigeon’s retina which challenges the current models of retina development. The pigeon’s retinal epithelium is inhibitory to cell differentiation and results in the uncoupling of tissue growth and neurogenesis. These developmental features allow the pigeon to build a retina that displays the structural and functional traits typical of primate macula and fovea.

Dans cette thèse nous présentons les résultats des études expérimentales et théoriques sur : (i) les propriétés photophysiques et photochimiques de complexes de ruthénium(II) à ligands polypyridines, (ii) celles d’un complexe de rhénium(I) à ligand TTF-triazole, ainsi que (iii) la luminescence de conversion ascendante dans des nanoparticules dopés aux lanthanides et le transfert d’énergie vers des complexes de ruthénium(II).

In this thesis the forces acting between silica particles in different electrolytes have been investigated by means of the Atomic Force Microscopy (AFM). AFM colloidal probe technique and imaging has been used to understand the effect of surface roughness on dispersion forces. The colloidal probe technique was further employed to study the forces acting between single colloids in aqueous solution of multivalent electrolytes, of ionic liquids and also in presence of pure ionic liquids, where their organizational structure at the silica surface has been elucidated.

In monolayer protected clusters, a defined number of metal atoms and organic ligands form a core shell structure. Information about the flexibility of the ligands on the surface, the type of bonds and the vibrational properties are important for understanding their structure and chemical behavior. The gold-thiolate surface network might adopt an intrinsically chiral arrangement or chirality might be induced by chiral ligands. Kinetic studies of the racemization of enantioseparated clusters give information about the flexibility of the cluster's surface. Vibrational spectroscopy provides information on the nature of the bonds. Infrared and Raman spectroscopy in the far-infrared range are suitable for investigating the vibrational modes of the Au-S bonds. Staple types on the surface can be differentiated. The reactivity of the surface of the gold clusters allows one to impart an almost unlimited number of properties. Modifications with organic chromophores may lead to new nanomaterials exhibiting energy or electron transfer.

Integrins are cell-surface receptors required for cell adhesion, migration, proliferation, differentiation and survival. Many studies propose that signalling by integrins requires the recruitment of the cytoplasmic adapter protein paxillin. However, how paxillin is recruited to integrins is not yet understood. My thesis results support our hypothesis that paxillin coordinates the signal transmission upon integrin beta3 activation. The colocalisation assay of endogenous paxillin with transfected 3 WT and mutant constructs showed that paxillin colocalises better with the constructs having a functional beta3 NPLY motif than those with no functional motif. Motif involved in signal transmission downstream of the integrin. The paxillin constructs deletions showed that LIM 1 and LIM 3 are responsible of paxillin localisation at focal adhesion. Mutational studies led us to design a mutation patch, LIM 3.1, showing less focal adhesions specificity than the LIM 3 constructs suggesting an impaired interaction. This has been confirmed with the FRAP assay as LIM 3 shows specificity to the tyrosine of the beta3 NPLY motif whereas LIM 3.1 does not.

The objective of this thesis was to design, synthesize and evaluate mechanosensitive membrane probes that operate by a combination of planarization and polarization in the ground state. A suitable twisted oligomeric scaffold was identified first. The monomers of choice turned out to be dithienothiophenes (DTTs), referred to later on as “fluorescent flippers” in the new “flipper probes.” The main topic to this thesis concerned the optimization of donor and acceptor in the new DTT mechanophores. This involved much organic synthesis and culminated in the discovery of the concept of “turn-on donors.” These are donors that act as acceptors in the twisted conformation of the flipper probes to support deplanarization and prevent oxidation and turn into acceptors only upon planarization to support the planar push-pull system. The result is a giant Stokes shift. The promise of maximized mechanosensitivity with “turn-on probes” was then evaluated in membranes, macrocycles and proteins.

The thesis focuses on the modification of atomically precise Au₃₈(SR)₂₄ nanocluster to clarify its dynamic nature and to fine-tune its catalytic activity. Two Pd atoms and mutiple Ag atoms doped Au₃₈ were synthesized, separated and their dopant location were determined. The flexibility of Au₃₈ increased upon Pd and Ag doping due to the change in electronic structural properties and the weak surface Ag-S bond introduced, respectively. Flexibility of metal core was also revealed by the redistribution of the Ag atoms between Ag_xAu_38-x and Au₃₈, where the collision between the clusters is suggested to be the origin of the Ag migration. Modification of the Au₃₈ nanocluster surface by thermal pretreatment and support material enabled structure-activity correlation in cyclohexane oxidation.

This thesis focuses on the design, implementation and benchmarking of various software tools aiming to improve the identification and quantification of complex protein digests and metabolites analyzed by LC-MS/MS. The solutions involve different steps in the workflow, from enhanced data acquisition to novel post-acquisition data processing strategies. A significant increase of peptide/protein identification rates was achieved by combining exclusion and inclusion lists in data-dependent acquisition. Data-independent acquisition schemes are examined, in particular, related algorithms and computational methods are discussed. A program was implemented to design and optimize different SWATH acquisition methods and the benefits of variable isolation windows are demonstrated for the profiling of proteomic and metabolic samples. A ranking algorithm was developed to assign low priority to fragment ions affected by interference during SWATH acquisition and the improvements for label-free quantification are illustrated. Finally, several demultiplexing approaches towards peptide identification by sequence database search of SWATH spectra were investigated.

Les chimiokines sont une famille de cytokines chemoattractrices impliquée dans la migration des leucocytes. Ces protéines interagissent avec des récepteurs spécifiques mais également avec les glycosaminoglycanes (GAGs) présents à la surface des cellules endothéliales. La surexpression des chimiokines induit un recrutement aberrant des leucocytes, un phénomène identifié dans un grand nombre de maladies inflammatoires et de cancers. Pour cette raison, de nombreux inhibiteurs des chimiokines ont été développés au cours des vingt dernières années, mais sans beaucoup de succès thérapeutiques. Dans le contexte de cette thèse, différentes approches ont été utilisées pour résoudre les problèmes observés lors du développement de médicaments biologiques dirigés contre les chimiokines et pour déterminer les propriétés que devrait avoir un anti-chimiokine idéal. Dans ce but, un inhibiteur naturel des chimiokines, la protéine Evasin-4 ainsi que des anticorps monoclonaux ont été utilisés.

The existence of extended homonuclear coupling structures causes signal overlaps in 1D and 2D proton spectra. Numerous techniques have been developed through years to reduce multiplet patterns into singlets. A new approach is proposed here. The combination of a 2D experiment decoupled in the F1 dimension - by the introduction of a homodecoupling element in the evolution time - with spectral aliasing and frequency modulation of pulses leads to the obtention of 1D homodecoupled proton spectra with enhanced spectral resolution and sensitivity.

Le travail de thèse en question développe une approche moléculaire originale pour la conception de nouveaux composés cristaux liquides ainsi qu’une importante réflexion sur la thermodynamique de transition de phase. La mise en oeuvre synthétique et l’impact de perturbations méthyliques capitales ("de la tête moléculaire") au sein deux familles de omposés organiques simples (les n-alkoxy-cyanobiphényles et les n-alkoxybenzoates de cyanobiphényles) sont ici étudiés en profondeur dans leurs aspects structuraux et thermodynamiques. En s’intéressant aux modèles thermodynamiques existants, aux théories du mésomorphisme et de la transition de phase, ce travail tente d’établir un lien direct entre structure moléculaire et thermodynamique menant à une nouvelle corrélation empirique entre densité d’énergie libre de cohésion (cfed) et température de transition.

The aim of this thesis work has been the development of new methodologies for the selective synthesis of arylated aldehydes by means of palladium catalysis. In the last decades, the alpha-arylation of enolizable carbonyl compounds has advanced with significant strides. In this context, aldehydes revealed to be particularly challenging substrates. In the first part of this study, extension of the palladium-catalyzed intermolecular alpha-arylation of aldehydes to alpha,beta-unsaturated aldehydes are presented. This reaction, based on the vinylogous principle, has been applied to the synthesis of gamma-arylated alpha,beta-unsaturated aldehydes bearing a congested gamma-quaternary centers with perfect regioselectivity and good E/Z selectivity. We next described a complementary approach for the synthesis of beta-arylated aldehydes by palladium-catalyzed intermolecular alpha-benzylation of aldehydes. This reaction showed to be remarkably general with respect to both coupling partners. In the last part of this thesis, preliminary results regarding the Heck-Matsuda reaction on allylic and cinnamyl alcohols are discussed.

In this thesis, the physical properties of dendronized polymers (DPs) were investigated by means of surface sensitive techniques, namely atomic force microscopy (AFM) and reflectometry. The adhesion and mechanics of DPs were studied at the single-molecule level by AFM. A novel nano-handling technique based on AFM is presented. This technique was used to study the force response of DPs of different generations. It relies on combination of AFM imaging and force measurements. AFM was further employed to investigate the persistence length of DPs and combined with optical reflectometry to study the adsorption of DPs on planar surfaces.

Le développement des réactions d’isomérisation des époxydes et d’isomérisation des alcools allyliques en aldéhydes, catalysées par un même complexe d’hydrure d’iridium possédant un centre stéréogénique au métal, est dévoilé dans ce manuscrit. Le mécanisme de ces transformations a été étudié et, des synthèses d’analogues du catalyseur permettant de contrôler la stéréochimie au centre métallique ont été mise au point. En complément, un ligand bidentate possédant trois éléments de chiralité, dont un au phosphore étant stéréolabile, a été étudié.

Alpha5beta1A integrins form two types of cell-matrix adhesions with differential functions: short, peripherally located focal adhesions (FAs) that provide strong anchorage to the substrate and intracellular signalling; and long, centrally located fibrillar adhesions (FBs) that enable the formation of fibronectin (FN) fibrils in the pericellular space. Despite the critical role of alpha5beta1A integrins for FN deposition during fibrosis, the integrins’ relevant signalling is not well understood. Interestingly, beta1A integrin bears a lysine acetylation site located within integrin’s kindlin recognition sequence in the cytoplasmic tail. Genetic deletion of kindlin has been demonstrated to handicap cell spreading and the formation of thin, centrally located FBs. These facts suggest a functional link between integrin acetylation, kindlin binding affinities, FB formation and FN fibrillogenesis capacities. Therefore, we hypothesized that acetylation of beta1A integrin might function as regulatory switch which defines for each beta1A integrin its FA or FB character.

This thesis describes various synthetic strategies to generate DNA based amphiphilic copolymers which organized into functional structures. Scholar studies of the mechanism of structure formation were conducted considering the hydrophilic weight fraction as the key factor directing the self-assembly. Various modes of structure formation could be studied, inherent to that parameter i. e., crystallization assisted self-assembly, emulsification and nucleation polymerization. The functionality of the resulting structures as well as their potential application were eventually assessed.

Various bimolecular photoinduced electron transfer reactions were investigated in liquid solution using ultrafast electronic and vibrational spectroscopy. In a study about the influence of diffusion on charge separation and recombination, dipolar and ionic liquids were compared and the results explained in the frame of Differential Encounter Theory. Time-resolved infrared spectroscopy was used to monitor the energy dissipation pathway during charge separation at high driving force to confirm the participation of excited radical ions. This result explains the apparent absence of the Marcus Inverted Region for this type of reaction after four decades of discussion. To understand donor acceptor interactions at low driving force, experiments were carried out to differentiate ion pair and exciplex. For the first time, vibrations of an exciplex intermediate have been observed that allowed obtaining information about the structure of the exciplex constituents as well as the competing interplay between ions and exciplex at different solvent polarities.

Biological consequences of IL-6 cis- and trans-signaling are described to be homeostatic and pro-inflammatory, respectively. The IL-6R signaling complex has been postulated to be a hexamer identical for inducing both signaling pathways and driven by three distinct sites of interaction. Our aim was to investigate whether the modulation of IL-6 signaling pathways and complex assembly using monoclonal antibodies might translate in vivo and highlight improved IL-6R-targeted therapies. Our data revealed that 1)IL-6 cis- and trans-signaling complexes assemble differently in mouse; 2)this difference highlighted in mouse is not transposable to human; 3)differentially targeting the sites of interaction within the signaling complex results in distinct neutralizing consequences; 4)some physiological effects thought to be mediated by cis-signaling might also be driven by trans-signaling in established inflammation. Finally, anti-IL-6R antibodies with distinct mechanisms of action should allow targeting the inflammatory component of IL-6 while permitting physiological functions to persist in different disease settings.

Processes leading to fluorescence quenching of organic molecules in liquid solution were investigated in this work, with a focus on ultrafast excitation energy transfer and charge transfer, which are ubiquitous in Nature and technology. A variety of stationary and time-resolved spectroscopy techniques were used to gain a better understanding of these two processes, for both the intra- and intermolecular case. The studies were not limited to purely organic systems, but also included the interaction of organic molecules with noble metal clusters. In addition, the development and characteristics of a fluorescence up-conversion set-up offering sub-70 fs temporal resolution is also presented.

Efficient enantioselective isomerizations of prochiral allylic alcohols have been independently reported by our group and others in recent years. However, diastereoselective isomerization with chiral substrates had been barely documented. Herein, we have first conducted catalyst-directed diastereoselective isomerization with enantioenriched allylic alcohols using both enantiomers of catalyst. Good yields, perfect dr and excellent ee were commonly obtained. Later, we evaluated steroidal allylic alcohols in the catalyst-directed diastereoselective isomerization for the stereocontrolled installation of C20, the first tertiary stereocenter of the acyclic domain in steroid derivatives. Following a uniform yet modular synthetic route to prepare a variety of steroidal allylic alcohols, a range of allylic alcohols were employed in the diastereoselective isomerization. (R)-Catalyst provided indifferently access to the natural C20-(R) and unnatural C20-(S) configurations. The scope of our method was further highlighted through structural diversification in the side chain and within the polycyclic domain of advanced and complex steroidal architectures.

As precious as aquatic environments are, it is difficult to analyze them because of their complex composition. Here we show the introduction of a new ionophore for potentiometric nitrite detection that allows micromolar limit of detection and discriminates chloride and nitrate by three to four orders of magnitude. Then, to facilitate the potentiometric analysis of anions in seawater, we presented a new device that selectively removes halides (incl. chloride) and cations from a sample without modifying the concentration of the other tested anions. This setup was further studied with a finite-difference-based numerical model. Finally, this thesis presents two experiments designed for hands-on teaching of chemistry. The first one is a low-cost flame emission spectrometer for the qualitative and quantitative observation of the ion emission phenomenon, while the second experiment is a quick flocculation demonstration that can be used to easily to demonstrate wastewater treatment in classrooms.

An important question in developmental biology is how a developing tissue grows and gets patterned. A key role in this process was attributed to secreted diffusing molecules, morphogens. Decapentaplegic (Dpp), a member of the TGF-β superfamily of ligands, has been shown to act as a morphogen and to control growth of the Drosophila wing imaginal disc. Dpp is secreted from source cells and spreads in the target tissue forming a graded spatial concentration profile. The growth of the Drosophila wing disc correlates with the growth of the Dpp gradient: both its amplitude and its decay length increase. The fine adjustment of the morphogen gradient to the size of the growing tissue is termed "scaling". The goal of the present thesis is to understand the Dpp gradient scaling at the cellular and molecular level. The shape of the Dpp gradient is determined by the dynamics of Dpp transport rates at the tissue level. In order to understand the mechanism of scaling, it is therefore important to understand what links the growing size of the tissue and Dpp transport.

Les macromolécules amphiphiles à base d’ADN se structurent à des échelles variant du nano au micromètre. La compréhension du mécanisme d’auto-assemblage et de l’organisation de structures fonctionnelles est l’objectif premier de cette thèse décrivant pour la première fois le greffage du chitosan à un simple brin d’ADN (chitosan-g-ssDNA), l’auto-assemblage sous la forme de structures sphérique de diamètres submicrométriques en solution et la cristallisation en surface. Les études menées au cours de ce travail de thèse ont été effectuées en induisant l’auto-assemblage du chitosan-g-ssDNA en milieu aqueux et en surface, et déterminer le mode de structuration gouverné par les interactions macromoléculaires engagées. La fonctionnalité des structures résultantes pourrait être d’une grande importance pour l’encapsulation de médicaments et en nanotechnologie.

Ce travail de thèse présente la synthèse et des études en solution et à l’état solide de complexes auto-assemblés. Des considérations géométriques et de symétrie ont été prises en compte dans le design des ligands pour mener à la formation d’espèces discrètes comme des cages ou des triangles supramoléculaires, ou encore des espèces imbriquées comme des polycaténanes ou polyrotaxanes. Pour former de tels auto-assemblages, des ligands polytopiques formés de sites de coordination non-colinéaires ont été développés. Les analyses en solutions (spectrophotométrie, conductimétrie, RMN diffusionnelle) sont en accord avec la formation d’espèces discrètes. Des informations sur la taille et la composition des espèces formées ont ainsi été obtenues et sont en accord avec les systèmes modélisés. Toutefois, les structures cristallines qui ont pu être obtenues montrent systématiquement la formation de polymères de coordination. Les paramètres influençant la formation d’espèces discrètes ou d’entités polymériques sont finalement discutés.

The first aim of this work has been to develop an iridium-based microelectrode plated with a renewable gold nanoparticles coating. This system showed good reproducibility and reliability at the nanomolar concentration level for repeated gold film renewal and for the long term As(III) monitoring at a single film (7 d). In the second hand, the microelectrode covered by an inert antifouling membrane made of 1.5% LGL agarose was characterized for the analysis of As(III). The membrane demonstrated an ability to eliminate fouling by fulvic acid and inorganic colloid particles by size exclusion. Subsequently, this system was applied to the measurement of non-polluted freshwater samples from Lake Greifen (ZH, Switzerland). Finally, the concept of ion exchange nanospheres (IENS) as heterogeneous pH buffer incorporated in the antifouling membrane was put forward. Microelectrodes covered with an IENS-doped antifouling membrane demonstrated the ability to eliminate the pH interference for As(III) in the natural range of pH and are a promising direction for future in situ applications in environmental systems. Résumé Le premier objectif de ce travail a été de développer une microélectrode d’iridium plaquée avec une couche renouvelable de nanoparticules d’or. Ce système a montré une bonne reproductibilité et une fiabilité à des concentrations de l’ordre du nanomolaire entre différents films renouvelés, ainsi qu’à long terme pour le contrôle de l’As(III) avec un seul film (7 jours). Dans un deuxième temps, l’efficacité d’une membrane antifouling faite de 1.5% d’agarose recouvrant la microélectrode a été caractérisée pour l’analyse de l’arsenic. La membrane a montré une capacité à éliminer par exclusion de taille le fouling venant des acides fulviques et des colloïdes inorganiques particulaires. Par la suite, ce système a été appliqué pour des mesures d’échantillons d’eau non polluée du lac de Greifensee (ZH, Suisse). Enfin, le concept de nanosphères échangeuses d’ions (NEI) comme tampon de pH hétérogène incorporé dans la membrane antifouling a été mis en avant. Une microélectrode recouverte d’une membrane antifouling dopée par les NEI a démontré sa capacité à éliminer l’interférence du pH pour l’As(III) dans la plage de pH naturel. Cela constitue une voie prometteuse pour de futures applications in situ dans les systèmes environnementaux.

Novel strategies, including phenotypic screenings directly in a host-pathogen system, are needed to discover new drugs against tuberculosis. We used amoebae such as Dictyostelium discoideum and Acanthamoeba castellanii as a host model for in vivo drug screenings. We developed assays to monitor the impact of chemicals and intracellular factors on bacteria health, growth, and virulence mechanisms and intrinsic host defenses. We used GFP fluorescent reporters for quantification of bacteria numbers. We validated the system using known first and second line antimycobacterial drugs.

In this Ph.D, the [3+X+3+X] (X= 5,6) reactivity of metal carbenes was extended to the synthesis of densely functionalized macrocycles which were synthesized using different cyclic ether precursors. The effect of substituents on the solid state conformation of these molecules was studied. Furthermore, a novel methodology was discovered which enabled not only the amidation of the ester groups but also a deconjugative transposition of C=C bonds. Chiral (racemic) macrocycles are then formed in a single step. Even if the two stereogenic centers are separated by more than 7 atoms, an excellent diastereoselectivity is achieved (dr >49:1). Different derivatives were used for an ion sensing study and for the synthesis of cryptands. An example of ditopic receptor is presented. Further applications in the field of supramolecular chemistry and catalysis are looked for.

The goal of this PhD was to explore the reactivity of a novel N-aminoacridinium salt. This derivative has been used for the preparation of pH-sensitive and fluorescent diaza [4]helicene dyes thanks to particularly facile N-N bond cleavage reactions. This compound has also been used as nitrogen source for the stereospecific aziridination and sulfoximination of unfunctionalized olefins and sulfoxides under metal-free oxidative conditions respectively. The corresponding NH aziridines and sulfoximines were then obtained using mild photoreductive conditions. Moreover, N-aminoacridinium salt was utilized for the preparation of the fisrt small fluorophore (pKa 5.3) which specifically stains for late endosome compartments (pH 4.8-6) and for the synthesis of chiral (helical) BODIPY and azobenzene derivatives.

Liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (LC-MS) has been used in the last two decades, in drug discovery or drug development as well as in therapeutic drug monitoring (TDM). Due to its high sensitivity and selectivity it is the method of choice for the quantification of drugs and metabolites in biological fluids. More and more the technique is also applied for multi-analytes quantification to support metabolomics studies. To improve sample throughput in TDM a dual Ultra High Performance Liquid Chromatography – Mass Spectrometry assay was developed and validated for the quantification of eight protease inhibitors in plasma and blood. Based on the same platform with two different chromatographic systems (pH 2.7 and pH 6.6) and the addition an automated on-line sample preparation step an assay method could be developed for the analysis of eighty-seven metabolites in plasma and blood. Finally the downsizing of the LC was investigated with the emphasis to improve the sensitivity of LC-MS assay when microsamples are available.

Our planet is covered with water in which a large number of ions play various roles. Ion selective sensors are important tools for the detection of ionic species in both qualitative and quantitative ways. Ionophore based ion selective optical sensors (optodes) are very specific and versatile owing to the use of highly selective ionophores. This type of ion selective sensors is often composed of an ionophore, an ion exchanger and a chromoionophore. In this thesis work, ion selective sensors based on polymeric films, microspheres and nanospheres are presented. In addition, new approaches for photoelectric conversion are also described.

En croisant notre connaissance en synthèse de collections encodées par APN, notre expérience obtenue lors de la synthèse des quelques membres de la famille des lactones d’acide résorcylique, et notre constant intérêt dans l’inhibition de kinases et chaperonnes moléculaires, nous avons construit plusieurs collections moléculaires encodées par APN avec des pharmacophores variés incluant des hétérocycles, des acides aminés, des dérivés synthétiques de lactones d’acide résorcylique, et des médicaments autorisés par la FDA ou des fragments de ceux-ci, comme autant de points de diversité, dirigés contre différentes protéines cibles. La chaperonne moléculaire HSP70, les protéines contenant un bromodomaine et d’autres kinases ont toutes été exposées à ces collections encodées par APN et résolues spatialement sur micropuce ADN, démontrant ainsi la robustesse et la puissance de cette méthodologie de criblage dans une tentative de dépasser l’effet de goulot en découverte médicamenteuse.

Mass spectrometry (MS) based proteomic studies on dendritic cells (DCs) facilitate the understanding of the molecular processes occurred in the cells. In order to support the investigation of DC protein expression during anti-viral response to HIV-1 attack, three key steps, sample preparation, MS data acquisition and data analysis, in shotgun proteomic workflow were investigated. The final established high resolution MS proteomic workflow employed a gel-free and MS-friendly sample preparation procedure and an optimized data-dependent acquisition (DDA) method implementing the concept of exclusion/inclusion list for enhanced protein identification and a variable window strategy in SWATH MS data acquisition for improved proteomic qualitative and quantitative analysis. Comparison of the proteomic profiles of DCs after different treatments revealed 139 proteins involved in the viral-restrictive state established by bacterial lipopolysaccharide (LPS) and 16 and 23 novel candidate proteins that are putatively associated with the Vpx enhanced HIV-1 infection of immature and mature DCs respectively.

New fluorescent probes were introduced as an innovative methodology to label lipid bilayer membranes. This system is based on the dynamic covalent linkage between a hydrophilic charged head and a fluorescent tail. Dynamic amphiphiles formed from core-substitued naphthalenediimides (cNDIs) and perylenediimides (cPDIs) were tested first. These probes are insensitive to their environment and able to partition selectively into liquid-disordered (Ld) microdomains of mixed lipid bilayers and to activate DNA transporters. These results confirmed the potential of dynamic fluorescent amphiphiles to selectively label extra- and intracellular membranes. Oligothiophenes have been selected for the second generation of dynamic fluorescent amphiphiles. Lessons from nature suggest that the combination of fluorophore polarization (push-pull fluorophores) and fluorophore planarization could provide an attractive approach to achieve high sensitivity to membrane fluidity (microdomains), membrane potential and membrane stretching (and interesting NLO properties at interfaces). This combination was explored systematically by varying number and nature of substituents along the oligothiophene scaffold in combination with different donors and acceptors at both ends. The subsequent investigations in mixed lipid bilayers evidenced the ability of these new fluorophores to respond to membrane fluidity.

Electrospinning is a versatile technique for various applications. This process is influenced by temperature and relative humidity that impact the spinnability and morphology of the electrospun fiber. However, electrospinning in climatized conditions is scarcely reported in the literature. This study aims at filling this gap in the case of emulsion electrospinning where the fiber morphology and the encapsulation efficiency of the dispersed phase within the polymer of the continuous phase will be influenced by the environmental parameters. The electrospinning of thermo-responsive polymer solutions was also considered. Indeed, the spinning of fibers from polymer solutions is also influenced by environmental parameter since the polymer chain changes configuration (collapse of polymer chains) and behavior (hydrophilic/hydrophobic) when the solution temperature becomes higher (or lower) than a critical solubility temperature. Fiber surface chemistry and morphology changed. Parallel projects focused on the electrospinning of emulsions for different applications and having complex architectures.

The SOSIP and TSE methodologies were recently introduced to grow complex architectures on ITO surfaces. For the purpose of demonstrating these concepts, the use of NDI chromophores in the starting studies was justified. However, these materials are not in widespread use for organoelectronic applications. On the other hand, PDI chromophores are more common for this purpose. In the present work, we have designed, synthesized and evaluated PDI derivatives for the building of multicomponent architectures on surfaces.

The copper-catalyzed asymmetric conjugate addition of organometallic reagents is today one of the most powerful and versatile tools for enantioselective C-C bond formation. Following the recent progresses in the field of alkenylalanes chemistry, the first objective of this thesis work was to broaden the use of these nucleophiles in asymmetric 1,4-additions. In this context, a series of alkenyl groups have been successfully introduced to a challenging class of Michael acceptors, the α,β-unsaturated lactams, affording valuable building blocks for the preparation of optically active N-heterocycles. The second objective of this work was to develop an efficient approach towards the synthesis of Riccardiphenol B, a sesquiterpene derivative isolated from a Japanese collection of the liverwort Riccardia crassa, by using two methodologies developed in our group. We managed to complete the total synthesis of this natural product, which was prepared in 10 steps with an overall yield of 2.7%.

The regulatory pathways required to maintain eukaryotic lipid homeostasis are still largely unknown, which limits the possibilities of hypothesis driven research. Here, we performed a mass spectrometry-based lipidomic screening of yeast strains knocked out for genes of protein kinases and phosphatases, in search for new regulators of lipid homeostasis. We have uncovered novel regulations of lipid homeostasis, revealing a control of acyl chain length by nutrient sensing pathways, a control of complex sphingolipids by a phosphate sensing pathway and new players in the control of sphingolipid metabolism. We showed that systematic lipidomics is a powerful tool to gain novel insights into lipid homeostasis. Due to close interaction between lipid metabolism and other cellular processes it is clear that many of these new lipidomic data from kinases and phosphatase mutants will facilitate the understanding of signaling networks.

The control of lipid homeostasis is a fundamental process that allows cells to maintain the unique lipid composition of their membrane compartments and to deal with the energetic fluxes from metabolism. If most of enzymes involved in lipid metabolism are characterized, the question of the genetic control of lipid homeostasis is still outstanding. In order to find genes that control the homeostasis of membrane lipids, I combined a large-scale RNAi screen targeting the human knome with the techniques of targeted lipidomic analysis by mass spectrometry to monitor lipid changes in HeLa cells. Data analysis of the screen allowed the characterization of candidate genes involved in the control of membrane lipid homeostasis. In parallel, in the context of the NCCR Chemical Biology, I developed a robotically-assisted siRNA transfection assay and screened a library of chemicals potentially able to transfect siRNA in Human cells at least as efficiently than commercially available compounds.

Ce travail de doctorat porte sur l’addition conjuguée asymétrique de réactifs de Grignard catalysée au cuivre. Différents aspects de cette technique sont exposés. Une liste exhaustive de méthodes introduit la synthèse de cétones cycliques portant un centre quaternaire ou deux centres tertiaires contigus. D’une part, des travaux d’optimisation sont présentés de manière à augmenter les excès énantiomériques avoisinant désormais 90% pour une gamme étendue de réactifs de Grignard. Des résultats comparables sont obtenus dans le cas des cétones insaturées substituées en position α. Résoudre ce challenge permet d’envisager de nouvelles stratégies pour la synthèse énantiosélective de produits naturels terpéniques. Ces nouvelles voies sont détaillées dans l’exposé sur la séquence addition conjuguée-piégeage d’énolates. D’excellent résultats sont obtenus (jusqu’à 99:1 dr) pour de nombreux électrophiles. Enfin, de nouveaux électrophiles pour cette séquence ont été appliqués au piégeage des énolates de zinc, aluminium et magnésium et d’importantes applications pour la synthèse organique sont montrées.

Des composés azaoxa[4]helicenes cationiques possédant une structure non-symétrique et hélicoïdale ont été synthétisés. Deux différentes approches mettant en jeu deux étapes de synthèse à partir d’un même précurseur ont été explorées. Afin de rendre possible la purification de l’azaoxa[4]helicenes, une nouvelle méthode impliquant une réaction de réduction sélective suivi d’une simple filtration sur gel de silice a été développée. Une étape d’oxydation avec rétention de configuration permet de récupérer l’espèce cationique. L’azaoxa[4]helicene a finalement pu être dédoublé à partir de l’adduit neutre en employant une technique de chromatographie en phase mobile liquide équipée d’une phase stationnaire chiral. Les propriétés optiques, chiroptiques, ainsi qu’électroniques ont été étudiées et comparées aux dioxo et diaza [4]helicenes cationiques et la configuration absolue des deux énantiomères a été déterminée. L’isolation d’un intermédiaire pendant l’étude a permis de proposer un mécanisme vers la formation de l’azaoxa[4]helicenes cationic.

L’objectif premier de ce travail de cette thèse fut de synthétiser de nouveaux ligands chiraux afin d’améliorer l’excès énantiomérique de la réaction d’échange brome–lithium asymétrique. Dans un second temps, l’objectif fut d’étendre le cadre de cette réaction asymétrique innovante à de nouvelles applications. Dans une première partie, nous avons développé de nouveaux ligands chiraux de type diéthers, diamines et monoamines afin de tester leur efficacité dans la réaction d’échange brome–lithium asymétrique, développée dans notre laboratoire. Par la suite, nous avons synthétisé des nouveaux substrats sur lesquels l’efficacité de ces nouveaux ligands a été testée. En présence de n-BuLi, de bons excès énantiomériques (jusqu’à 74%) ainsi que de très bons rendements isolés (jusqu’à 96%) ont été mesurés. Puis nous sommes intéressés à appliquer l’échange asymétrique brome–lithium à la synthèse formelle de deux produits naturels, membres de la famille des bicoumarines: l’(+)-Isokotanine A et la (-)-Kotanine. Ce fut la première fois que cette méthodologie directe (ne faisant pas appel à un agent de résolution) a été appliquée à la synthèse de biaryles naturels. Par la suite, nous nous sommes intéressés à appliquer l’échange brome–lithium asymétrique à la synthèse de nouveaux ligands biaryle-diphosphines (L3p, L4p et L5p). La modularité du squelette biaryle permet de fonctionnaliser les positions 2, 2’, 6 et 6’. Différentes méthodologies ont également été développées pour l’introduction de phosphines d’aryles (PPh2) et d’alkyles (PCy2). Ces ligands seront testés dans des réactions d’hydrogénation catalysées par des métaux de transition, tel que le rhodium. Finalement, nous avons résumé les différents groupements chimiques qui peuvent être introduit directement ou indirectement après un échange brome–lithium asymétrique: on note que l’introduction de fonctionnalités carbonées, oxygénées, siliciées, phosphorées et soufrées sont possibles par cette voie. Grâce à cette modularité, encore une fois, de nombreuses autres applications peuvent être accessibles.

La catalyse asymétrique permet de produire un seul énantiomère d'une molécule possédant un ou plusieurs centres stéréogènes. La maîtrise de ce procédé est cruciale car chaque énantiomère d'une molécule peut avoir des activités biologiques différentes, des propriétés olfactives, un goût différent, une toxicité différente. L’utilisation d’une quantité catalytique d'un complexe de métaux de transition portant des ligands chiraux, permet d'atteindre cet objectif. Cependant les métaux de transition précurseurs de ces complexes sont extrêmement onéreux, et parfois peu abondants dans la croûte terrestre. De plus dans la plupart des cas, les complexes métaux de transition/ligand requièrent des conditions expérimentales strictes. L'objectif de cette thèse est d'étudier une réaction de substitution allylique mais cette fois sans métal de transition en utilisant une quantité catalytique de base de Lewis chirale. Le fil conducteur de cette thèse a tout d'abord été de définir les limitations de la substitution allylique catalysée par des complexes métaux de transition/ligand chiral par une analyse systématique de la littérature. Seuls les substrats réagissant peu ou mal ont été étudiés dans cette thèse. En effet, on a pu ainsi développer une méthode complémentaire qui permet d'élargir grandement le champ d'application de la substitution allylique en plus de pouvoir accéder à de meilleurs résultats sur les substrats classiques utilisés en substitution allylique catalysés par des complexes métaux de transition/ligand chiral. De nombreuses applications de synthons organiques de grand intérêt ainsi que la synthèse de molécules biologiquement actives sont proposés dans cette thèse.

GPI-APs are a class of lipid-anchored proteins expressed on the cell surface of eukaryotes. Their potential interaction with ordered lipid domains enriched in cholesterol and sphingolipids has been proposed to function in their intracellular transport. Here, we examined the importance of two saturated fatty acids within the phosphatidylinositol moiety of GPI-APs. These fatty acids are introduced by the action of lipid remodeling enzymes and required for the GPI-AP association within ordered lipid domains. The fatty acid remodeling is not required for both, efficient Golgi-to-plasma membrane transport and selective endocytosis via CLIC/GEEC pathway, whereas cholesterol depletion significantly affects both pathways independent of their fatty acid structure. Therefore, the mechanism of cholesterol dependence seems not related to the potential interaction with ordered lipid domain mediated by two saturated fatty acids.

In this manuscript, we are particularly interested in the formation of chiral mono- and polycyclic compounds by organocatalytic domino reactions. In order to understand better the studied reactivities, some generalities about the activation modes used during this work, aminocatalysis and bifunctional thiourea-type catalysis, are firlsty introduced. Afterwards, a study on the synthesis of chiral γ-butenolides from renewable sources by a direct vinyligous Michael addition of Angelicalactone to enals catalysed by an aminal-pyrrolidine catalyst is reported. In the third part, we focused on the reactivity of acyclic 1,2-diketones in organocatalytic domino transformations. Interesting chiral polysubstituted cyclopentanones are synthesized by domino reactions. Finally, β,γ-unsaturated 1,2 dicarbonyl compounds are involved in organocatalytic domino tranformations as bis-electrophiles with various cyclic 1,3-ketoesters forming interesting chiral polysubstituted bicyclo[3.2.1]octanones.

L'objectif de cette thèse est d'étudier et de développer de nouveaux substrats dans le cadre de la substitution allylique et propargylique catalysée par le cuivre. A cet égard, une étude systématique a été effectuée sur deux types de substrats et de grandes régio et énantiosélectivités ont été atteintes pour ces transformations. De nouvelles synthèses régio et énantiosélectives de chlorures d'énynyles-1,4, chlorures diènyles-1,4, allènes trisubstitués et alcynes terminaux ont été développées qui représentent une contribution importante pour la synthèse organique asymétrique.

Photoinduced ultrafast processes were studied in a variety of organic dyads. The peculiarity of photochemistry and photophysics occurring on the ultrafast timescale is that conventional rules may not apply. A multidisciplinary approach, which included a variety of UV/VIS spectroscopic methods, laser optics and computational chemistry, was used in this work. Electron transfer reactions, in particular photoinduced symmetry-breaking charge separation, which is a key step in photosynthesis, were of the main interest. Two symmetric dyads were studied and for the first time the direction of the charge flow, i.e. whether the photoexcited moiety acts as an electron donor or acceptor, was unambiguously determined. This study was extended to asymmetric dyads and to the intermolecular electron transfer reactions between the dyads and an electron donor. Additionally, the development of a four-wave mixing set-up that allows study of solvation dynamics is also presented.

La première partie de ce manuscript décrit la découverte ainsi que le development d’une reaction de cycloaddition entre les ynals et les α-cyano-1,4-dicétones, catalysée par les carbenes N-hétérocycliques. Dans la seconde partie de ce manuscript est décrit un rearrangement semi-pinacolique énantioséléctif des alcools allyliques prostéréogènes, declénché par une étape de fluorination énantiosélective. Cette dernière reaction est catalysée par un acide phosphorique chiral derive du (Ra)-BINOL. La troisième et la dernière partie de ce manuscript traite une extension de la méthodologie fluorinative précédente aux atomes d’halogène plus lourds, notamment Br et I. Dans cette troisième partie sont aussi décrits des etudes préliminaires concernant la version aza du rearrangement semi-pinacolique. Ainsi qu’un cas rare de transformation stéréo-divérgente des alcools allyliques chiraux et racémiques. Des études par diffraction aux rayons X ont permis d’établir une vision assez complète du déroulement stéréochimique de cette dernière reaction.

Depuis plus de 15 ans la séquence du génome humain est à disposition des chercheurs. On sait qu’il y a approximativement 20’000 gènes qui codent pour des protéines et qu’environ 25% de ces gènes codent pour des enzymes. De plus, il est aussi intéressant de noter qu’il existe de nombreux gènes dont on ne connait pas la fonction qui sont appelé « gènes orphelins ». Dans le cadre de cette thèse, nous avons choisi d’étudier la deoxyribose-phosphate aldolase qui est une enzyme qui effectue la conversion réversible du deoxyribose-5-phosphate en glycéraldehyde-3-phosphate et en acetaldehyde. Des études ont montré qu’une activité enzymatique deoxyribose-phosphate aldolase existe dans certaines cellules humaines, cependant aucun gène codant pour cette enzyme n’a été formellement été identifié. Le but de cette thèse était d’étudier la deoxyribose-phosphate aldolase humaine, de confirmer la protéine responsable de cette activité dans les cellules humaines ainsi que d’étudier cette protéine dans un contexte cellulaire.

The goal of this PhD was to explore the reactivity of acceptor/acceptor ruthenium metal carbenes toward several Lewis basic functional groups such as carbonyl-containing moieties and cyclic ethers. In fact, α-diazo-β-ketoesters and combinations of cationic [CpRu(CH₃CN)₃]⁺ complexes and diimine ligands selectively provided different classes of oxygen containing heterocycles in single step processes. In particular, a new reactivity was discovered in the presence of tetrahydrofuran moieties leading to original enol-acetal products through unexpected 1,3-C-H insertion reactions. Also, in a new development that uses epoxides as substrates, acceptor/acceptor ruthenium metal carbenes underwent three-atom insertions, rather than lead to the usual deoxygenation pathway. Original 1,4-dioxene motifs were obtained as single regio- and stereoisomers. A perfect syn stereochemistry was observed for the ring opening, which behaves as an S_N1-like transformation otherwise.

The work presented in this thesis is focused on the study of photoinduced reactions such as charge separation (CS) and excitation energy transfer (EET) in a variety of organic compounds. This covers the investigation of ultrafast processes occurring on femtosecond and picosecond timescales in simple molecular arrays, composed of an electron donor and an electron acceptor unit, as well as complex molecular architectures capable of mimicking photosynthetic functions such as EET and CS. The studies are carried out by the use of several steady-state and time-resolved UV-VIS spectroscopic techniques, mainly in liquid solutions. Part of the work is dedicated to characterize ordered molecular structures deposited on indium tin oxide (ITO), which is then used in a prototype device for solar energy conversion. The aim was to identify the transients and to determine the timescales of the relevant processes.

The effect of a condensed-phase environment on the ultraviolet-visible (UV-vis) absorption spectra of chromophores is of fundamental interest in many phenomena, such as color tuning in photobiology and the solvatochromic shift in chemistry. The experimental measurement of UV-vis absorption spectra can provide the information on the spectral region of the absorption of the sample. While computer simulation of the UV-vis absorption spectra can provide the microscopic interpretation of the absorption bands. Moreover, computer simulations can be done for the cases that are impractical for experimental measurements. This thesis work aims to develop proper computational strategies to calculate the UV-vis absorption of organic chromophores in a condensed-phase environment, and to interpret the experimental results or to tackle problems that are difficult for experimental approaches. Simulation of the UV-vis absorption spectra typically involves modeling of the structure of the target system and the calculation of its vertical electronic excitation energies and oscillator strengths of the interesting part of the system. The large size of the condensed phase makes both parts of the simulation very challenging. In this thesis work, frozen-density embedding theory, one of the appropriate approaches on the market for tackling large systems, combined with linear-response time-dependent density-functional theory, is used to calculate the vertical electronic excitation energies and the oscillator strengths of the chromophores in condensed phases. This thesis work investigates the effect of condensed-phase environments on the UV-vis absorption spectra of organic chromophores for several systems, including a functional host-guest material (fluorenone in zeolite-L channel), a chemical solvation system (coumarin 153 in various solvents), and fundamental biological systems in the eye (retinal in rhodopsin and in three visual cone pigments).

This thesis will be divided in two parts, each of them will talk about coordination chemistry of heavy atoms. The first part concerns the study of lanthanides and actinides hydration using molecular dynamics and ab initio calculations. Hydration properties such as coordination number of water molecules around cations and distances between cations and oxygen water molecules are extracted from our calculation and compared to previous results obtained experimentally and theoretically. The approaches use to generate pair potential for lanthanides are reported. A methodology to build accurate force field will also be discussed. In the second part, some organic ligands designed by our collaborators to complex trivalent lanthanide cation into a dinuclear luminescent compound are studied. Our collaborators show that the quantum yield of these complexes is affected by the excitation transition of the ligands. That is why we perform a density functional theory study of HOMO and LUMO of these ligands. We are interested to their localization on the ligands and the HOMO-LUMO energy gap. Then we studied the effect of electronic modification of the ligand by functionalizing the ligands with electronwithdrawing and electron donating groups on these energies. The structural conformations of the ligands are also treated. From our results, our experimentalist collaborators get ideas for the strategy to design new ligands in order to form luminescent dinuclear lanthanide complexes.

During the course of the present thesis, I have studied the thermal and light-induced spin switching dynamics in Fe(II) spin-crossover complexes both in bulk single-crystal form and in nanoparticles form. In the bulk single-crystal form, I have worked with three different classes of spin-crossover complexes, (a) the 2D coordination polymeric network of [Fe(bbtr)₃]X₂ (where bbtr = [1,4-di (1,2,3-triazol-1-yl) butane] and X= ClO₄^-, BF₄^-) and their diluted mixed crystals in the Zn-host matrices; (b) the Fe(II) Complexes of 2,2′-Biimidazole and their alkylated derivatives and (c) the Fe(II) complex of [Fe(6-mepy)₃tren](PF₆)₂ (where 6-mepytren = tris{4-[(6-methyl)-2-pyridyl]-3-aza-butenyl}amine) and its diluted mixed crystals in the Zn-host matrices. Moreover, crystalline and amorphous nanoparticles of [Fe(6-mepy)₃tren](PF₆)₂ have also been studied. The aim of the present thesis is therefore twofold: (a) understand the physics of cooperative effects and establish the limits of cooperativity in Fe(II) spin-crossover complexes, (b) understand the physical basis of the structure-function correlations in Fe(II) spin-crossover complexes.

In this thesis both computational (Density Functional Theory calculations on isolated systems and on crystals) and experimental (Infrared and Raman spectroscopy and Differential Thermal Analysis) methods were used to analyse insulating crystalline solids, with particular focus on their structural and vibrational properties. In the first part, the effects of physical and chemical pressure on the structure and the vibrational spectra of the Matlockite-type compounds MFX (M=Ba, Sr and X=Cl, Br) were studied using periodic-DFT calculations. Further studies concerned BaxFyClz compounds and the phase diagram BaCl₂-BaF₂. In the second part of this thesis A₂TH₆ systems, (A= alkaline earth and T=Fe, Ru) and borohydrides were considered. In particular, many borohydrides were studied both experimentally and theoretically. New insights on spectra-structure relations were obtained.

This thesis is focused on demonstrating advancements and potentials of the time-resolved second harmonic generation technique applied to the characterization of ultrafast photoinduced processes at liquid interfaces. In particular, it presents the work up to date, which has been conducted along three different strands: (1) Excited-state dynamics and spectroscopic signatures of interfacial molecular probes (e.g. organic dyes); (2) Characterization of environmental properties in interfacial systems; (3) Photoinduced electron transfer at/through liquid/liquid interface.

This thesis focuses the attention on the interaction forces between negatively charged carboxyl and sulfate latex particles with adsorbed on them respectively different generations of cationic poly(amido amine) PAMAM dendrimers and Linear (Polyethylene imine) (LPEI) having two different molecular masses. Those systems were investigated through the colloidal probe technique based on atomic force microscopy (AFM). Tuning the dendrimers/polyelectrolytes dose adsorbed, the interaction forces are observed to switch from repulsive into attractive and back to repulsive again in the both cases. Close to the IEP, the surface of the whole particle is totally neutralized by the adsorbtion of the dendrimers/polyelectrolytes. In the case of dendrimers, this situation is described by the sum of two attractive forces: a long range van der Waals interaction and short range non-DLVO forces given by patch charge interactions. In the case of LPEI the attractive forces are described in term of the pure DLVO theory.

Dictyostelium discoideum is a professional phagocyte using phagocytosis to feed on bacteria. It is used as a surrogate macrophage to study phagocytosis mechanisms and as a host model organism to study intracellular bacterial infections. Mycobacterium marinum, as its close cousin M. tuberculosis, infects innate immune cells where it stops the maturation of its residing-phagosome to prevent its killing and to establish a compartment where it can replicate. In the following work, we have used the host-pathogen model system D. discoideum-M. marinum to better understand how M. marinum manipulates the maturation of its containing-phagosome. We have established a procedure to isolate mycobacteria-containing compartments. Then, using isobaric labelling and mass spectrometry, we studied quantitative proteomic modifications applied to the M. marinum-containing compartment during the first hours of infection. We also compared the quantitative proteomic composition of compartments containing the pathogenic strain M. marinum to compartments containing non-pathogenic, avirulent or attenuated mycobacteria strains.

This thesis focuses on development of three novel multiconfigurational quantum chemical methods, to study strongly correlated systems: GASSCF, SplitCAS and SplitGAS. By GASSCF it is possible to eliminate ineffective configurations from the CI expansion by choosing an arbitrary number of active spaces and by tuning the interspace excitations. By SplitCAS and SplitGAS, the CI wave function generated by CAS or GAS type of active spaces is partitioned into two parts: a principal part containing few relevant configurations and an extended part containing less relevant configurations. The two methods differ in the criteria for the splitting. Lowdin’s partitioning technique is used to reduce the secular problem to the size of the principal space. These methods allow for an enlargement of the active space with respect to the CASSCF method. Theory, algorithmic details and test calculations are presented. Based on this work, the "scaling catastrophe" of the CASSCF approach is partially solved.

During mitosis, the directional endosome-mediated transport of cell fate determinants is one way to generate daughter cells with different destinies. In Drosophila, internalized Delta ligands and Notch receptors traffic through Sara (for Smad Anchor for Receptor Activation) endosomes. In asymmetric cell division systems, Sara endosomes segregate unequally upon division, which biases Notch signaling and dictates differential daughter cell fate assignation. Besides, Notch signaling is known to regulate cell lineage during physiological renewal of the adult Drosophila midgut. Thus, I studied whether Sara plays a role in intestinal stem cell (ISC) fate decision. Live imaging assays showed that only Sara endosomes are asymmetrically dispatched during ISC mitosis. This directional partitioning of Sara endosomes into differentiating cell indicates that ISCs divide asymmetrically. Moreover, Sara mutant midguts present an accumulation of ‘ISC-like’ cells and a depletion of differentiated cells, similar to a Notch loss-of-function phenotype. Therefore, Sara controls the adult Drosophila midgut homeostasis.

The transition metal-catalyzed asymmetric α-arylation of aldehydes is an highly challenging transformation in the synthetic chemistry. The α-arylated aldehydes are important structural motifs in many biologically and pharmaceutically active molecules. However, there are only few protocols available for the synthesis of α-arylated aldehydes. The main aim of this thesis is to find the suitable reaction conditions for the non-asymmetric and asymmetric α-arylation of aldehydes. In the first part of thesis, we have developed a [Pd(NHC)]-catalyzed intermolecular α-arylation of linear and α-branched aldehydes with aryl bromides. We have also reported the unusual α-arylative esterification of α-branched aldehydes and acylation of aryl bromide with linear aldehyde with same catalyst. In the second part of thesis, we describe the synthesis of novel atropoisomeric (P,N)-ligands and their application in the Pd-catalyzed asymmetric α-arylation of α-branched aldehydes. Under the optimized conditions, the enantio-enriched α-arylated aldehydes were obtained in good yields with excellent levels of enantioselectivities.

Le travail de cette thèse fut porté sur l’élaboration de nouvelles diamines chirales ainsi que leurs applications en synthèse asymétrique utilisant des organolithiens comme: - L'addition asymétrique d'alkyllithiens et aryllithiens sur des imines activées. - La déprotonation énantiosélective de dérivés de la pyrrolidine et piperidine. - L'échange asymétrique brome-lihtium. Les différentes réactions asymétriques catalysées par ces diamines ont permis de prouver leur efficacité. De bons résultats ont été obtenus pour l’échange brome-lithium asymétrique ainsi que pour l’addition de methyl- et phényl-lithium sur des imines activées. Les diamines 1,2-restent les plus efficaces pour les réactions de déprotonation asymétrique des dérivés de la pyrrolidine. L’utilisation d’organolithiens complexés à des diamines chirales permet d’obtenir des produits chiraux sans l’utilisation de métaux de transitions. De plus, l’utilisation de diamines comme ligand comporte l’avantage du recyclage de ces dernières par extraction acido-basique.

Anion-π interactions and halogen bonds are applied to anion transport through lipids bilayer membranes. Calix[4]arenes and calix[4]pyrroles scaffolds, and minimalist π-acidic naphthalenediimides were explored for anion transport. Calix[4]arenes and octiphenyl rigid-rods scaffolds, and minimalistic perfluorinated halogen-bond donors were applied to anion transport with halogen bonds. The different systems were tested in large unilamelar vesicles to explore their ability to promote anion translocation. Anion-π interaction had been reported before for anion transport, here we extend its scope in anion-π moieties. In addition, by considerably varying the systems used, their general applicability to anion transport was assessed. Halogen bonds are introduced here to the field of anion transport; anion transporters based on this non-covalent interaction can be very simple due to their intrinsic lipophilicity as exemplified by the smallest organic anion-transport system: trifluoroiodomethane. These results are confirmed by planar membrane conductance experiments.

Après un bref rappel de certaines propriétés fondamentales des lanthanides et de la rareté de leur introduction dans les metallopolymères, ce mémoire se focalise sur l’utilisation de sous-unités metallo-organiques neutres de type lanthanide/beta-diketonate afin d’assurer le remplissage rationnel des sites complexants de polymères linéaires. Les bases de mécanique statistique permettent de modéliser la complexation d’hôtes métalliques au sein de récepteurs polymériques linéaires. Constatant l’absence d’unités lanthanidiques compatibles avec la formation de complexes ternaires, le but de ce travail est donc axé sur le développement de transporteurs de cations lanthanides de types [Ln(X)₃] dans lesquels X = nitrate (NO₃^-) ou X = hexafluoroacetylacetonate (hfac^-).

The pathogenicity of intracellular bacteria was not acquired during interaction with their mammalian hosts, but as a consequence of the interaction with ancient phagocytic protozoan. The selection pressure for bacteria to escape protozoan predation equipped them with specific mechanisms to manipulate the hostile environment of phagosomes. The NADPH oxidase 2 is dedicated to rapid generation of intraphagosomal reactive oxygen species. Our phylogenetic study revealed that NOX enzymes evolved from prokaryotic Ferric Reductases in early eukaryotes. The evolution of NOX enzymes from iron reduction to ROS generation indicates that NOX enzymes became specialized to interactive cell-cell relations and host-pathogen co-evolution. We used the social amoeba Dictyostelium discoideum to study the conserved biological functions of NOX enzymes. We generated single and multiple NOX KOs to study their functions during bacteria infection and killing. Our studies provide further insights into the multifunctional roles of NOX enzymes in a primitive innate immunity model system.

Ce manuscrit décrit dans une première partie les exemples récents de réactions de Stevens [1,2] et [2,3] publiées dans la littérature. Il est montré que toutes réactions nécessitent la formation d'espèces ylures d'ammonium, l'une des principales méthodes pour obtenir cet intermédiaire faisant intervenir une amine tertiaire et des réactifs de type carbène ou carbénoïde-métal. Le deuxième chapitre traite de la synthèse d'ylure stables de composés alcaloïdes de type cinchona. Il est ainsi montré que l’utilisation de Ruthénium peut permettre l'obtention exclusive d'ylure, la ou les catalyseurs "classiques" Cuivre et Rhodium mènent à des mélanges complexes de produits. Enfin, le dernier chapitre présente des réactions d'expansion de cycles de molécules diarylazépines et ferrocénophanes par l'utilisation du réarrangement de Stevens.

The Kündig group has developed Herrmann-Enders type bulky chiral N-heterocyclic carbene (NHC) ligand precursors during the last couple of years. The aim of this thesis is to study the intrinsic properties of these carbene ligands and to broaden their scope in the field of asymmetric catalysis. The structural properties of the NHCs had been studied by employing their corresponding NHC-BH₃ adducts. Crystal structures of the NHC-BH₃ complexes showed the importance of allylic strain in the arrangement of the ligands’ substituents in space. Our interest in the electron donating ability of the NHCs motivated us to synthesize cis-Ir(CO)₂Cl(NHC) type of complexes. Such complexes gave us the opportunity to compare the electron donating ability of the NHC ligands developed in our research group with the literature known NHC ligands. The chiral NHC ligands were tested in the asymmetric gold catalysis and ruthenium catalyzed asymmetric hydrogenation of prochiral ketones.

Alix plays a role in nucleocapsid release during viral infection, as does lysobisphosphatidic acid (LBPA). However, the mechanism remains unclear. Here we report the discovery of how LBPA is recognized within an exposed site in Alix Bro1 domain. Its all-helical triangle-shaped fold confers selectivity for LBPA over other negatively charged phospholipids, via a pair of hydrophobic residues in a flexible membrane insertion loop at the protein apex — loop that undergoes a conformational change upon membrane association. LBPA interactions also revealed a strict requirement for a structural calcium to bind tightly to the Bro1 domain near the lipid interaction site. Both LBPA- and calcium–binding are necessary for Alix association with endosomes in vivo and for mediating virus infection, as are the ESCRT-binding and dimerization capacity of Alix. We conclude that LBPA recruits Alix onto late endosomes via the calcium-bound Bro1 domain, triggering a conformational change in Alix to mediate membrane fusion and viral infection.

A study of the self-organisation of metallic nanoparticles into assemblies of interest to the metamaterials community has been conducted. Numerous colloidal nanochemistry techniques were developed to fabricate structures of interest. Spectroscopic techniques were then employed to probe the optical properties and evaluate to what extent they could be used to advance metamaterials research. In particular, large scale planar arrays of metallic nanoparticles fabricated on a variety of functionalised substrates such as glass, silicon and polymers, as well as analogues prepared on microscale spherical substrates were studied. Bottom-up techniques were employed to build up structures into the third dimension, one of the principal challenges currently facing metamaterials researchers and the suitability of the planar structures for SERS applications was investigated. A magnetic resonance, a key building block of a number of metamaterials applications was identified in the spherical structures and the potential of these structures as cloaking devices was studied.

Ce travail de thèse présente la synthèse et la caractérisation de complexes nouveaux formés avec des ligands contenant au moins une fonction benzimidazole ainsi qu’un groupement alcool. Les conditions de synthèse ont été optimisée afin de favoriser la formation de complexes tétranucléaires de type cubane. Les composés sont caractérisés à l’état solide d’une part, mais également en solution. Les analyses effectuées montrent que la plupart du temps, la structure des complexes formés reste stable en solution. Tous les ligands utilisés sont chiraux et ont été synthétisés sous forme énantiomériquement pure. Par spectrométrie de masse, l’influence de la chiralité du ligand sur la stabilité des espèces formées en solution a pu être étudiée et un assemblage rapide des complexes suivi d’un échange lent menant progressivement à la formation des espèces les plus stables a pu être mis en évidence.

The aim of this Ph.D. work is to establish different approaches for the synthesis of oxindoles and aza-oxindoles. Oxindoles and aza-oxindoles are common and important structural motif in natural products and biologically active molecules. In this thesis, we report a robust, cheap, efficient, and high atom economic protocol for the synthesis of oxindoles and aza-oxindoles, which relied on the direct oxidative coupling of an aromatic Csp²−H and a Csp³−H center. The reaction was mediated by inexpensive CuCl₂ and did not require the presence of specifically functionalized precursors. The key step of this transformation is an intramolecular radical cyclization reaction. In the course of these studies we have discovered yet another novel route for the base promoted synthesis of 3,3-disubsituted aza-oxindoles. Mechanistic study and DFT calculation suggest that the reaction proceeds via a Truce-Smiles rearrangement/nucleophilic substitution pathway.

Given that compounds incorporating lanthanide metals are fascinating due to their peculiar optical and paramagnetic properties; this work was focused on designing new unsymmetrical and symmetrical tripodal ligands and studying their coordination properties with Ln(III) in view of potential applications (e.g. sensing and relaxivity agents). The resulting complexes with lanthanides have been examined with different methods (X-ray, NMR, ESMS, spectrophotometry) to elucidate their structure, stability, and photophysical properties in the solid state and in solution. Different types of complexes were obtained, going from unsaturated dinuclear helicates to more sophisticated edifices such as tridimensional pentanuclear helicates and self-assembled tetrahedral cages. Moreover, the impact of the ligand design on the structure and properties of the lanthanide complexes formed was discussed.

Les interactions non-covalentes telles que les liaisons hydrogène, les interactions π-π, les interactions cation/anion-π, les liaisons halogène sont à la base de la chimie supramoléculaire. Ces interactions ont permis la conception de nouveaux systèmes possédant des fonctions intéressantes dans des domaines variés comme l’électronique organique, le transport transmembranaire ou l’organocatalyse. Dans cette thèse, différents outils de la chimie computationnelle (DFT, dynamique moléculaire…) ont été utilisés pour évaluer la contribution des interactions non-covalentes assurant la cohésion et la fonction dans des systèmes bioorganiques. Ces modélisations ont permis de comprendre et d’expliquer les observations macroscopiques faites en laboratoire à l’aide des informations obtenues au niveau computationnel. Des modélisations concernant les possibles fonctions catalytiques de systèmes supramoléculaires faisant appel aux interactions de type anion-π ont également été réalisées. Les résultats issus de ces études théoriques pourront servir de base de travail pour les chimistes de synthèse quant à l’existence réelle de telles fonctions.

Les Céramides sont des composants lipidiques cellulaires essentiels. Ils représentent la colonne vertébrale de tous les sphingolipides. Il a été observé qu’ils jouent un rôle important en tant que molécules «signal» lors de différentes transmissions de signal. Les Céramides sont composés d’une base sphingoïde attachée à un acide gras via une liaison amide. Tous les Eucaryotes supérieurs possèdent ce lipide et lors des vingt dernières années les enzymes qui catalysent sa synthèse ont été identifiées dans une grande variété d’organismes. Le but de ce travail de thèse est d’étudier les fonctions physiologiques des Céramides dans la levure en tant qu’organisme modèle. Comment la longueur de l’acide gras incorporé aux Céramides et par conséquence aux sphingolipides complexes influence des processus physiologiques? Quelles autres voies de transduction du signal sont influencées par les niveaux de Céramide dans d’autres organismes modèles tels que le Nématode? En premier lieu nous avons cherché à comprendre les effets de l’accumulation de sphingolipides à courtes chaines lipidiques résultant de l’expression dans la levure de la céramide-­-synthase de plante. L’introduction de la céramide-­-synthase de plante engendre la production de ces Céramides à courtes chaines lipidiques à des niveaux mille fois supérieurs au niveau normalement trouvé dans la levure. Cependant cela n’est pas toxique pour la levure. Nous avons alors pu démontrer qu’il est possible de supprimer le gène essentiel AUR1 dans cette souche de levure et ainsi obtenu une souche de Levure incapable de synthétiser des sphingolipides complexes. Cette nouvelle souche présente un défaut de cytocinèse et accumule des dropelettes lipidiques. Dans un autre travail, nous avons collaboré à la caractérisation des acides gras utilisés préférentiellement par deux des céramide-­-synthases de mammifères. Nous avons utilisé la levure comme système d’expression de gènes hétérologues et avons pu montrer que la céramide-­-synthase de mammifères CerS3, et non CerS2, incorpore des acides gras à longue chaine dans les Céramides. Nous avons également montré que les Nématodes déficitaires pour une céramide synthase spécifique (HYL-­-2) sont très sensibles à l’anoxie. Après optimisation d’un test enzymatique in vitro, nous avons pu observer que HYL-­-2 utilise préférentiellement des acides gras à chaine longue. Durant l’étude des céramide-­-synthases nous avons pu comprendre un phénotype vieux de plus de 10 ans. Dans la levure, la suppression du gène EMP24 sauve un des phénotypes de la souche déficiente pour l’activité de la serine palmitoyl transférase encodée par LCB1. La mutation du gène LCB1 (lcb1-­-100) conduit à un défaut de synthèse des sphingolipides qui sont essentiels à la bonne association à la membrane et localisation des protéines à ancrage GPI (Glycosyl Phosphatidyl Inositol). Nous savons par ailleurs que la suppression du gène EMP24 induit l’activation de l’UPR (Unfolded Protein Response). Nous avons alors décidé d’établir s’il y a un lien entre le défaut de niveaux de sphingolipides et le stress du Réticulum Endoplasmique (RE). Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons élucidé le mécanisme de sauvetage phénotypique de la souche lcb1-­-100 par l’absence du gène EMP24. La suppression du gène EMP24 élève les niveaux de céramides et restaure partiellement la viabilité de la souche lcb1-­-100 à 35°C. Ce sauvetage phénotypique peut être reproduit par l’addition de DTT et donc par l’activation de l’UPR. La suppression du gène HAC1 empêche le sauvetage phénotypique de lcb1-­-100 par l’addition de DTT. L’induction de la synthèse de céramide suite à un stress du RE peut être reproduite dans les cellules Insulinoma (INS-­-1). Dans les cellules INS-­-1 un stress du RE induit la surproduction de céramide dont l’acide gras contient 16 carbones (C16). De manière concomitante les niveaux d’ARN messagers de CerS6 (la céramide-­-synthase spécifique pour la synthèse des céramides à C16 chaine) sont augmentés. Cette étude révèle un lien nouveau entre les céramides et l’UPR, lien conservé chez la levure et chez les cellules de mammifères.

Synthesis of artificial phospholipids and investigation of the release behavior patterns is the main and novel point of this dissertation. The concept of the amide-bearing artificial phospholipids is based on the replacement of the natural glycerol backbone found in glycerophosphocholines with new interfaces, such as diaminopropanol. A careful study has revealed that the artificial 1,3-disubstituted amide-bearing phospholipids can bear favorable features that differ drastically from the natural phospholipids in the release behavior of their LUVs. The performed experiments included studies of the spontaneous release of 1,2- and 1,3-disubstituted artificial amide-bearing phospholipids at ambient temperature which describes the intrinsic stability of the sample and the release under increased shearing. The study of the thermodynamic properties, morphology and mechanical properties of phospholipid vesicles was performed. The phase transition behavior of artificial amide-bearing phospholipid bilayers and monolayers and the data obtained from TEM, cryo-TEM, BAM and fluorescent microscopy of GUV were analyzed.

We have introduced a conceptually new family of fluorophores for application in chemical biology. The concepts of planarization and polarization as it is found in natural systems like the chemistry of vision were merged. A flexible aromatic scaffold based on substituted oligothiophenes was chosen to modulate the conjugation of the probe and the insertion of an electron-donating moiety and different acceptor groups at the terminal positions introduced a permanent dipole moment in the fluorophores. The optoelectronical properties were determined and the subsequent investigations in large unilamellar vesicles (LUVs) evidenced the simultaneous ability of these fluorophores to respond to membrane fluidity and membrane potential. In parallel aromatic substrates naphthalenediimides (NDI) and perylendiimides (PDI) were functionalized with hydroxyl moieties to obtain a series of compact panchromatic probes able to cover all the visible range. These results evidenced the possibility to modulate the optoelectronic properties, to potentially employ these molecules as biological pH-probes.

Low resolution in the indirect dimension of 1H–13C heteronuclear experiments is a long-standing problem of NMR spectroscopy, which has not found a satisfactory solution. Among the numerous techniques aiming at increasing the resolution of the indirect dimension of 2D NMR spectra, we focused on spectral aliasing, which plays a unique role for its simplicity of application and efficiency. We also developed a homonuclear 13C decoupling in the F1 dimension, which enhances sensitivity and resolution by transforming the spread of multiplet patterns of carbons into singlets when samples with 13C labeling are involved.

Enantioselective Cu-catalyzed conjugate addition of organometallic reagents to Michael acceptors is one of the most trailblazing and powerful method in organic chemistry to acquire enantioenriched β-substituted natural or unnatural adducts through C-C bond formation. Although numerous research results have been published with α,β-unsaturated compounds such as carbonyl derivatives, sulfones, nitroalkenes, and nitroenynes to date, a wide range of discoveries in this field is still to be made. However, in order to synthesize new families of compounds and complex synthons at the same time, new asymmetric organic reactions or methodologies with more sensitive substrates must be investigated. The interest in the development of new synthetic methodologies with more challenging substrates is related to the preparation of natural and unnatural adducts through a direct access of a large variety of important chiral compounds from the same starting material. To achieve this purpose, we investigated a new copper-catalyzed asymmetric conjugate addition with various organometallic reagents to functionalized α,β-unsaturated aldehydes and β,γ-unsatured-α-ketoester.

Ce travail de thèse porte sur la modélisation d’une réaction clé effectuée au cours de la photosynthèse. Dans cette réaction entre le photochrome P680, la TyrZ et l’His190, un électron est transféré entre la tyrosine et le photochrome tandis qu’un proton est transféré entre la tyrosine et l’histidine sous l’action du soleil. Ce type de double transfert présente l’avantage de demander moins d’énergie que l’équivalent du transfert d’électron seul. Des systèmes pouvant transférer un électron et un proton à partir d’équivalents du P680, de la TyrZ et de l’His190 ont donc été étudiés. Des sous-unités hydroquinones ou phénols couplées à des pyridines permettent le transfert de protons entre elles. Le transfert d’électron photodéclenché s’effectue entre ces hydroquinones/phénols-pyridine vers un métal de transition d6 jouant le rôle d’accepteur d’électron comme le P680. Un dernier type de système, comprenant 3 sous unités non liées entre elles, a également été investigué.

New chiral N-heterocyclic carbene (NHC) ligands have been developed and applied in the asymmetric Pd-catalyzed intramolecular a-arylation of amides producing 3,3-disubstituted-, spiro-, and aza-spirooxindoles in high yields (up to 99%) and excellent enantioselectivities (up to 97% ee). For the first time a palladacycle intermediates were isolated and fully characterized including X-ray crystal structure determinations. Analysis of these solid state structures demonstrates the importance of both the bulky tert-butyl groups and ortho-substituted aryl rings at the stereogenic centers of the ligand. Additionally, an extraordinarily efficient palladium-NHC catalyzed synthesis of highly enantioenriched 2,3-trans-fused indolines via asymmetric C(sp3)-H activation of an unactivated methylene unit was developed. It is noteworthy that this C-C coupling delivers the products with enantioselectivities of up to 95% ee despite the high temperature required. The initial results were extended to the synthesis of 2- and 2,3-disubstituted indolines. Racemic substrates reacted via highly asymmetric regiodivergent reactions.

During this thesis multichromophoric systems in solution and assembled on solid surfaces, as well as chromophores bound to DNA have been investigated by a great variety of optical spectroscopic methods, steady-state and time-resolved from the femtosecond to the nanosecond time regimes. While some of the investigated systems are of interest for solar cells, others are interesting as NIR emitters in biological systems with the peculiarity to show chiral selectivity owing to their chemical structure. The close proximity of the chromophores substantially influences the behavior of these compounds after light excitation - on the one hand it enables electron and energy transfer between the molecules designed for solar cell application, on the other hand it alters the photophysics of the NIR emitters after aggregation or DNA binding.

The thesis describes the synthesis of chiral thiolate-protected gold clusters. Au₂₅(SR)₁₈ clusters were protected with chiral thiolate ligands and the induced Cotton effects are ligand-dependent. A chromatography method was developed to isolate Au₃₈(SR)₂₄ and Au₄₀(SR)₂₄ clusters. Both clusters were separated into their enantiomers using HPLC. This predicts chirality for Au₄₀(SR)₂₄. The first CD spectra of intrinsically chiral gold clusters were measured and the activation barrier for racemization of Au₃₈(SR)₂₄ was determined. Ligand exchange experiments show that - using 1,1'-binaphthyl-2,2'-dithiol (BINAS) - the exchange is regio-selective. The data can be used to predict structural features in Au₄₀(SR)₂₄. The ligand exchange reaction between racemic Au₃₈(SCH₂CH₂Ph)₂₄ and R-BINAS shows a clear preference for the left-handed enantiomer of Au₃₈. First experiments suggest a significant, but minor influence of the chiral ligand on the CD spectra and a drastically enhanced stability against thermally induced inversion compared to Au₃₈(SCH₂CH₂Ph)₂₄, making the BINAS-substituted Au₃₈ cluster a suitable canditate for catalytic applications..

Les endosomes SARA sont impliqués dans la ségrégation asymétrique des molécules Notch (Coumailleau, 2009). Pour savoir si ces caractéristiques étaient conservées dans le poisson zèbre, nous avons analysé les endosmes SARA dans le neuroépithélium : 1. Les endosomes SARA1 sont une sous-population des endosomes précoces. 2. l’inactivation de SARA1 engendre un phénotype neurogénique. 3. Il existe trois type de lignages: n•n, n•p, and p•p. 4. Dans le lignage n•p, la cellule fille avec des endosomes SARA1 continue à se diviser. 5. SARA1 et Notch sont essentiels pour le lignage n•p. 6. Les endosomes SARA1 contiennent Delta, qui ségrège de manière asymétrique lors de la division du précurseur neuronal. 7. Notch se fait de manière cellulaire autonome entre les deux cellules filles. Ces résultats semblent indiquer que le mécanisme de ségrégation asymétrique des endosomes SARA et Notch est conservé de la mouche drosophile au poisson zèbre.

CCL18 has been reported to be present at high constitutive levels in the circulation and is further elevated in inflammatory disease. Functional cellular responses mediated by CCL18 have been described, however its signalling chemokine receptor remains elusive. In this manuscript we show that CCL18 recruits certain leukocyte subsets, albeit with weak efficacy. We investigated whether CCL18 is modified under inflammatory conditions to produce a more potent chemoattractant, but only minor truncations were observed, indicating that the mature form of CCL18 seems to be the biological relevant form. Our studies indicate a potential anti-inflammatory role of CCL18 based on the selective displacement of GAG-bound chemokines as well as the inhibition of cellular recruitment mediated by a variety of chemokine receptors. The 44KRGR47 cluster in the 40s loop is implicated in heparin binding and in the interaction with CCR3, 4 and 5. In regard to the lack of potent immunomodulatory properties the complex formation of CCL18 with the tick chemokine binding proteins Evasin-1 and -4 was confirmed. In a smaller study the binding properties of CCL2 in rat brain were investigated. Binding studies revealed strong evidence for D6 receptor expression, primarily in the rat brain cortex. This might indicate a role of D6 in behaviour, for which the cortex was shown to play a pivotal role.

HIV-1 is responsible for the current AIDS epidemic that caused 30 million dead so far. Albeit an overall stabilization of incidence rates and declining new infections, AIDS represents a major health and economic problem to some developing countries. HIV-1 infection mainly occurs through unprotected sexual intercourse and subsequent mucosal transmission. In mucosal tissue dendritic cells (DC) can capture HIV-1 through cell surface receptors (e.g. the C-type lectin DC-SIGN), degrade virions and present viral antigens to T-cells. Remaining intact virions are transferred to CD4+ T-cells at cell-to-cell contacts, called infectious synapses. Both DC-SIGN signaling and actin-containing cellular protrusions are implicated in HIV-1 cell-to-cell transfer, but their definitive role in highly relevant immature DC T-cell transfer remains unclear. HIV-1 replication in CD4+ T-cells and macrophages leads to general immune activation, T-cell depletion and final failure of the immune system. In contrast, most SIV infections in their natural hosts are nonpathogenic. Primate lentiviruses use their Nef proteins to manipulate the communication of T cells with antigen-presenting cells (APC) through cell-contacts named immunological synapses. The interaction of individual HIV-1 virions with cellular proteins during entry and assembly occurs at scales below the diffraction limit of light that is ~200nm. Novel super-resolution microscopy techniques achieve nanometer resolution of fluorescently labeled molecules in intact cells. The cellular factor tetherin directly interacts with budding HIV-1 virions and inhibits their release. The restriction mechanism at the molecular scale remains largely unclear. Establishment of quantitative multicolor super-resolution microscopy enabled the visualization of HIV-1 virions, assembly sites and the cellular organization and restriction mechanism of tetherin. New quantitative tools were established to determine sizes of tetherin clusters, number of tetherin molecules and to test models for tetherin recruitment to HIV-1 budding sites. Live-cell fluorescence and electron microscopy together with genetic and pharmacological approaches were used to show that HIV-1 activates Cdc42 via DC-SIGN signalling to induces membrane extensions in immature dendritic that play important roles in cells to cell-to-cell transfer. The effect of primate Nef proteins on immunological synapses between infected primary T-cells and APCs was characterized by immunofluorescence and high resolution confocal laser scanning microscopy. The inability to disrupt the immunological synapse between infected human T cells and APCs distinguishes HIV-1 from most other primate lentiviruses and could explain important differences in lentiviral pathogenesis. In this thesis, super-resolution and confocal fluorescence microscopy allowed a detailed characterization of HIV-1 tetherin interaction, infectious and immunological synapses that play important roles in HIV-1 transmission and pathogenesis.

Membrane fission is required for vesicular traffic between intracellular compartments. Dynamin is a GTPase implicated in vesicle scission during Clathrin-mediated endocytosis. It polymerizes into a helix at the neck of endocytic buds. Upon GTP hydrolysis, conformational changes reduce the helical radius and pitch showing that fission proceeds through a constriction mechanism. We show that the deformation of Dynamin helices is highly concerted and damped by the friction between membrane and Dynamin. To further understand fission, Dynamin polymerization and fission are studied on lipid tubes extruded from Giant Unilamellar Vesicles. Fission occurs at the edge of the helix, where the membrane is strongly curved. A statistical analysis of fission time reveals that the fission reaction can be modeled by a single step energy barrier. The fission time dependence on membrane tension, membrane rigidity and torque is established theoretically and validated experimentally. This work gives a quantitative picture of the energy landscape of Dynamin-mediated fission: the height of the energy barrier of fission is estimated around 70 kBT.

The main focus of this thesis is the creation of quaternary all-carbon stereogenic centers bearing an alkenyl moiety via Copper-catalyzed asymmetric conjugate addition (ACA) employing alkenyl aluminum nucleophiles. Two strategies for the generation of these nucleophiles were used (Transmetalation from the corresponding alkenylbromides and hydroalumination of alkynes) which allowed for the conjugate addition of a wide array of alkenyl groups in good yields and high enantioselectivities. Furthermore, these procedures were employed for the highly enantioselective conjugate addition of alkyl-, alkenyl- and aryl alanes to N-Substituted-2-3-dehydro-4-piperidones. Phosphinamine ligands also known as SimplePhos Ligands showed to be highly efficient for the Copper-catalyzed ACA with alkenyl aluminums. Previously reported protocols for the synthesis of these ligands involved complicated experimental procedures including protection and deprotection steps. In the course of this work an improved synthesis of chiral phosphinamine ligands was developed and new members of SimplePhos ligands were generated by a simple one-pot procedure.

The effects of the surroundings on the emission properties of Sm2+ ion in inorganic crystals are probed by high pressure experiments as well as by chemical substitution. The sharp f-f emissions of Sm2+ under high external pressure enable us to study the pressure effect on the crystal field energy levels. A routine program allows to refine free ion and CFP by minimizing the differences between the observed and calculated energy levels. The variations of the F2, ξ parameters as a function of pressure were discussed relative to central field covalency and symmetry restricted covalency models. Using the formalism of the superposition model as a function of pressure, we have calculated intrinsic crystal field parameters. Emission lifetime measurements were performed as a function of temperature and pressure. The temperature dependent experiments can be described by a contribution of both radiative and non-radiative pathways which involve also the lowest f-d level.

La synthèse asymétrique constitue l'un des domaines les plus importants et attrayants de la chimie organique moderne. En fait, on y trouve réponse à la demande croissante d'intermédiaires chiraux de l'industrie, facilitant par ailleurs l’accès à plusieurs classes de synthons asymétriques. En permettant l’accès à plusieurs classes de synthons optiquement actifs, la synthèse asymétrique répond à la demande croissante d'intermédiaires chiraux de l'industrie.

This thesis is focused on studying the adsorption of thin layers on solid substrates.

L'électrochimiothérapie est un nouveau mode d'ablation tumorale dans le traitement des tumeurs tant au niveau expérimental et les humain. Il est bien connu que l'électroporation se limite à des molécules faiblement-ou non-perméantes. Pour évaluer la nouvelle indication et suivre les cellules électropermeabilisées par ECT, nous a conduit à utiliser des dérivés du glucose comme nouveau marqueurs dans différentes modalités d'imagerie moléculaire et ainsi valider ce type de traitement. Il a été ainsi démontré: le potentiel du 2-NBDG pour révéler l'électroporation "in vitro"; du non-effet de rolipram en captation du 2-NBDG, dans diverses cellules tumorales exposées à des impulsions électriques; Que l'imagerie optique infrarouge par un autre l'IRDye-800CW fournit une surveillance de l'électroporation des tissus "in vivo"; Que l'imagerie TEP FDG, peine à cartographier la perméabilisation de tumeurs; Que l'autoradiographie "in vivo" utilisant un FDG, est une technique pouvant détecter l'effet de modification du flux sanguin par électroporation.

Recent studies have revealed important roles for the cytokine IL-17A in protective immunity against certain infections as well as roles in promoting tissue damage in hypersensitivity diseases, such as psoriasis. The aim of this PhD thesis was to investigate the regulation of IL-17A. In the first part we show that blocking PI3Kδ and PI3Kγ function impaired disease development and reduced IL-17A levels, especially from γδ T cells, in the mouse IMQ induced psoriasis-like model and impaired cytokine production in human cells from psoriasis patients. In the second part we describe the potential regulatory function of CD14+CD16- monocytes which inhibited in vitro IL-17A production from human memory CD4+ T cells and these effects were mediated by H₂O₂.

Ce mémoire de thèse décrit les travaux effectués par le candidat durant la période 2007-2012 sous la direction du Prof. C. Piguet. Après une brève justification de son choix pour s’engager dans une thèse en chimie supramoléculaire, le candidat rappelle certaines propriétés fondamentales des lanthanides et il situe l’intérêt actuel pour la complexation selective des lanthanides dans des hemicages tripodales (chapitre 1). Constatant le manque de données thermodynamiques convaincantes et quantitatives concernant la contribution favorable (ou défavorable) des phénomènes de préorganisation induits par ces podants, le candidat définit son objectif de thèse, à savoir: l’étude de la concentration effective dans ce type de complexes macropolycycliques et ses conséquences structurales. Le second chapitre entre dans le vif du sujet en reprenant les résultats antérieurs obtenus pour le podate [Ln(L22)]3+ et en extrayant les conséquences structurales provenant d’une molarité effective extrêmement faible. L’utilisation de la RMN paramagnétique amène une interprétation précise de la distribution électronique et de la structure tri-dimensionelle en solution qui reste invariante le long the la série des lanthanides. Ainsi, une molarité effective sub-micromolaire n’a pas de conséquences majeures sur l’organisation des unités complexantes, et seul l’ancrage tripodal détermine ce paramètre. Fort de ces connaissances, le chapitre 3 explore les possibilités d’extension du recepteur vers un podant segmentiel où chaque brin coordinant contient deux unités tridentées connectées par un espaceur méthylènique. L’étude détaillée de la formation des complexes dinucléaires [Ln2(L29)]6+ conduit à des paramètres de connections thermodynamiques microscopiques différents le long de la série des lanthanides. La prédiction de la stabilisation inattendue d’une seule micro-espèce [LaLu(L29)]6+ lors de la complexation compétitive de La(III) et Lu(III), suivie de sa démonstration expérimentale représente un point fort de ce travail. Le chapitre 4 pose les bases de l’exploitation rationelle des degrés de libertés rotationels pour moduler la concentration effective et l’affinité thermodynamique intramoléculaire. Curieusement, le remplacement d’une unité benzimidazole-pyridine (1 degré de liberté) par une unité phénanthroline (0 degré de liberté) influence de façon négligeable la molarité effective lors de la formation d’hélicates macrobicycliques modèles, alors que l’utilisation d’une unité quinolinate (également 0 degré de liberté) abaisse ce facteur de trois à quatre ordres de grandeur. Il est évident qu’une compréhension plus approfondie de ce phénomène est maintenant nécessaire et qu’elle passera probablement par la synthèse du tripode L37 qui contient l’ancre contrainte et la réduction du nombre de degré de liberté. Une courte conclusion et une perspective thermodynamique sont proposées à la fin de ce mémoire de thèse.

Le but de ce travail de thèse consiste à étudier l’effet des polyélectrolytes ainsi que leurs oligomères sur les interactions entre les particules colloïdales. L’impact des cations alcalins sur la charge totale de l’acide acrylique (PAA) en utilisant la titrage potentiométrique à force ionique constant a été étudié. Le modèle cylindrique de Stern est basé sur l’équation de Poisson-Boltzmann en considérant une géométrie cylindrique et une capacité de Stern constant. Les techniques de diffusion dynamique de la lumière et de mobilité électrophorétique ont été utilisées pour déterminer et élucider l’effet de la masse moléculaire des polyélectrolytes, la force ionique et le pH sur le comportement de l'accumulation de la charge des particules colloïdales, leur stabilité et l’épaisseur de la couche hydrodynamique en solution. Les résultats obtenus peuvent être expliqués par la théorie de Derjaguin, Landau, Verwey et Overbeek (DLVO).

Mycobacterium tuberculosis invades immune phagocytes and reprograms their otherwise bactericidal phagosome maturation pathway to establish a replication niche. Recent reports indicate that uptake of mycobacteria depends on the scavenger receptors class B (CD36 and SR-B1). We have established Dictyostelium as an alternative host model for pathogenic Mycobacterium marinum, a close cousin of M. tuberculosis. Dictyostelium discoideum possesses three CD36 homologs, the Lysosomal Membrane glycoProteins A, B and C. We investigated the importance of the proteins during phagocytic uptake, killing and digestion. Our results suggest that the plasma membrane protein LmpB is specifically implicated in the uptake of mycobacteria. LmpA, on the other hand, is found on phagolysosomes. Interestingly, cells with reduced LmpA protein levels showed impairments in actin-dependent processes such as phagocytosis and phagosome maturation. Additionally, these cells were more susceptible towards infection with M. marinum. Altogether, our results indicate that LmpA is a host cell defense factor, which modulates the dynamics of the actin cytoskeleton.

Copper catalysed conjugate addition is one of the most powerful methods for the creation of the C-C bond as part of the quest to develop new synthetic routes towards the generation of specific chiral centers. In this PhD work, our objective was to extend the asymmetric conjugate addition (ACA), to a new class of challenging substrates, the polyconjugated Michael acceptors. The main challenge with this class of substrates is to control the regioselectivity and the enantioselectivity. We discovered that many factors influenced the regioselectivity trends, such as the electronic and the steric properties of the Michael acceptors. Also an important dependence on the nature of the nucleophilic species was observed. By choosing appropriate combination of parameters, we developed various methodologies allowing the selective 1,4- or 1,6-addition with high level of enantiocontrol. We also demonstrated the synthetic value of those methodologies by synthesizing valuable building blocks bearing quaternary stereogenic centers.

Les phospholipides sont les majeurs composants de la membrane d’une cellule et sont subdivisés en deux grandes classes : les glycérophospholipides et les sphingolipides. Il existe une grande variété de phospholipides à cause du grand choix de chaînes hydrophobiques (saturation, longueur ou nombre de chaînes) ou de tête hydrophilique (groupe phosphate, phosphoéthanolamine ou phosphocholine). Toutefois la région entre ces deux parties distinctes reste assez commune puisque qu’elle consiste toujours en une fonction glycérol ou 2-amino-1,3-propanediol. La Nature ne semble guère intéressée de diversifier cette interface peut-être à cause de restrictions imposées par le mécanisme de phospholipase A2 (PLA2). Ce mécanisme, spécifique au clivage des chaînes hydrophobiques en position sn-2 du glycerol, est responsable de la dégradation des phospholipides..

Au cours de ce travail, une douzaine de ligands polytopiques ont été conçus et synthétisés. Leurs réactions d’auto-assemblage avec les cations Ln(III) conduisant à des édifices polynucléaires (2D et 3D) ont été étudiées. Tout d’abord, des complexes trinucléaires triangulaires ont été auto-assemblés avec un simple ligand ditopique diester L1 dont la transformation diacide L2 permet d’augmenter la stabilité ainsi que la solubilité des complexes dans l’eau, tout en conservant la nucléarité du système. En plus, les propriétés de luminescence et de relaxivité des L(III) sont compatibles au sein de ces triangles moléculaires, ce constitue un pas important vers la réalisation d’objets multifonctionnels au niveau moléculaire. Des architectures tétraédriques de complexes tétranucléaires ont ensuite été réalisées e avec une famille de ligands tripodaux L5, L7 et L8 : tandis que le premier (L5) opère sélectivement selon la taille des L(III), les deux autres (L7 et L8) forment des cages de tailles importantes avec Eu(III), offrant ainsi la perspective de coupler la luminescence et la chimie des interactions « host-guest ». Enfin, une judicieuse addition des informations structurales responsables de la formation des tétraèdres et celles à l’origine des hélicates linéaires permet de rallonger les tétraèdres par le sommet, conduisant ainsi aux complexes pentanucléaires (ligands L3 et L10). La répétition de la même opération sur tous les sommets d’un tétraèdre constitue une astuce élégante d’accéder à un édifice supramoléculaire octanucléaire en utilisant le ligand tripodal ditopique L13.

Ce travail de thèse présente l’étude des complexes homo- et hétéro-métalliques formés par auto-assemblage de lanthanides (Ln = La-Lu) et de métaux-d (M = Zn, Cr) avec les ligands L1, L6 et L7. La formation de tous les complexes a été mise en évidence à l’état solide par la diffraction des rayons-X, et en solution par différentes techniques spectroscopiques. Une étude complète des propriétés photophysiques des complexes [CrLnCr(L1)₃]⁹⁺ est réalisée dans la première partie de cette thèse. Les conversions de lumière UV → VIS → NIR ont été mises en évidence par transferts d’énergie intramoléculaires du ligand vers les métaux. De plus, des transferts intermétalliques du lanthanide vers le chrome, lorsque Ln = Eu ou Tb, ou du chrome vers le lanthanide, lorsque Ln = Nd, Er ou Yb permettent d’enrichir les propriétés optiques. L’observation du processus de conversion de lumière vers le haut par le mécanisme d’addition de photons par transferts d’énergie dans le complexe [CrErCr(L1)₃]⁹⁺ est un processus sans précédent au niveau moléculaire. L'instabilité cinétique des complexes [CrLnCr(L1)₃]⁹⁺ dans des milieux aqueux est aussi démontrée, et les produits de décomplexation ont été caractérisés en solution par spectrométrie de masse. Dans la deuxième partie de cette thèse deux nouveaux ligands (L6 et L7) ont été synthétisés. Les complexes [Zn(L6)₃]²⁺, [ZnLn(L7)₃]⁵⁺, [Zn₂(L7)₂(MeOH)₂]⁴⁺ ont pu être caractérisés en solution et à l’état solide.

Les systèmes polymériques et colloïdaux sont impliqués dans de nombreux processus naturels et applications dans les domaines de la nanotechnologie et du biomédical. Dans un solvant polaire, les groupements fonctionnels acides et/ou basiques des polyélectrolytes se dissocient en ions libres et en groupes chargés. Ainsi, des interactions électrostatiques de courte et longue portée apparaissent et les polyélectrolytes s’associent avec d’autres macromolécules chargées. De plus, la réactivité et les propriétés conformationnelles des polyélectrolytes et particules colloïdales sont influencées par les contre-ions et co-ions qui forment un nuage ionique autour des molécules. La compréhension des paramètres physico-chimiques, tels le pH, la concentration et valence du sel, la charge des particules colloïdales, etc., qui influencent la formation de ces complexes est indispensable afin d’améliorer et de rationaliser leurs utilisations. L’étude de ces processus par simulations Monte Carlo représente le fil d’Ariane de ce travail. Les résultats sont présentés sous forme de publications originales.

Ce travail de thèse est dédié à la synthèse de la (+)-vertine et de la (+)-lythrine. Ces deux alcaloïdes possèdent des activités biologiques et physiologiques importantes. Entre autres, ils contribuent à augmenter le taux de glucose dans le sang, diminue de façon significative la pression sanguine. Il n’existe à notre connaissance, aucune synthèse de ces alcaloïdes décrite dans la littérature. La première synthèse totale de la (+)-vertine et de la (+)-lythrine est reportée. Toutes les réactions conduisant à la formation d’un nouveau centre asymétrique ont lieu avec une très bonne ou complète stéréosélectivité, à savoir : 1- La condensation asymétrique de la pelletiérine 2- La réduction diastéréoselective de la fonction cétone 3 -La réaction de métathèse par fermeture du cycle. De plus, nous avons reporté le premier exemple de métathèse par fermeture de cycle pour former une lactone α,ß-insaturée à 12 chainons avec une Z sélectivité.

The S1P3 receptor belongs to the family of G protein coupled receptors which were demonstrated to have regulatory functions in all systems of the body including the immune, cardiovascular and central nervous system. In this work, the role of S1P3 was characterized in neuro-inflammation in regard to its potential role in the neurodegenerative disease multiple sclerosis. It is shown that the SphK1/S1P3 axis is important in astrocyte signalling and probably involved in their activation in vitro. The work further shows that S1P3 is expressed on reactive astrocyte in MS lesions, but not in the mouse brain during neuro-inflammation. In an EAE study, an animal model used to investigate aspects of the human disease multiple sclerosis, it is demonstrated that S1P3 plays no major role in EAE. The therapeutic relevance of these findings remains open, as S1P3 seems to be able to mediate both deleterious and beneficial effects on astrocytes in MS.

This dissertation concerns numerical simulations of electronic properties (ESR and UV/Vis absorption) of molecules embedded in non-covalently bound environments (hydrogen-bonded clusters and mimics of protein active centers). The applied simulation methods are based on Frozen-Density Embedding Theory (FDET) and involve additional approximations concerning the choice of the frozen density and more technical factors. The applicability of these approximations was studied in view of the investigated spectroscopic properties. The simulations led to the demonstration that the observed cooperativity in the spectral shifts of 7-cis-hydroxyquinoline in hydrogen-bonded clusters, originate from mutual electronic induction of the molecules in the environment rather than from structural rearrangements in the environment. Concerning methodological developments, the computational protocols were developed for FDET calculations, which were shown to lead to equivalent results to the ones obtained form more costly conventional calculations: a) high-end wave-function based methods in the case of spectral shifts and b) conventional Kohn-Sham calculations in the case of ESR parameters. The developed and tested computational protocols are to be used in the future large-scale calculations.

Dictyostelium discoideum is an amoeba that lives in the soil and feeds on bacteria. This model organism can be used as a surrogate macrophage to study highly conserved processes such as cell motility, phagocytosis, membrane traffic and host-pathogen interactions. This thesis addresses the role of the class I myosin MyoB, Dynamin A and actin dynamics in membrane traffic during phagosome maturation in Dictyostelium.

The spectral and dynamic features of photoexcited radical ions have been studied by ultrafast spectroscopy, mainly transient absorption spectroscopy. The aim was to measure their excited state absorption spectrum, to establish the excited states lifetimes (very short lifetimes are anticipated from fact that only a small number of radical ions is fluorescent in liquid solution) and to determine the influence of parameters like excess excitation energy, solvent or temperature on the photophysical behavior. To this purpose, chemically distinct systems (nitrogen centered radical cations, polycyclic aromatic and heterocyclic radical ions) have been chosen to span a certain range of chemical diversity, excited state energies (1 to 2 eV) and oxidation state (cationic or anionic). The radical ions have been generated either chemically or electrochemically in a home-built flow cell. The results reveal that the lifetime of the lowest electronic excited state, D1, of the open shell species investigated is on the order of picoseconds only. The widely known Wurster's salts (p-phenylenediamine radical cations), for example, have a D1 lifetime of 0.2 ps at room temperature irrespective of the solvent, the nitrogen substituent, or phenyl ring deuteration. The D1 lifetime is, however, a function of temperature, reaching 650 ps at liquid nitrogen temperature and therefore fluorescence can be detected below a threshold of ca. 120 K but not in room temperature solid matrix. The contrary is the case for the polycyclic aromatic hydrocarbons studied — while temperature does not play a role for the D1 lifetime of perylene radical cation, the solvent has an substantial impact and a 4 fold increase is observed when changing acetonitrile for sulfuric acid. In general, the data clearly shows that the energy gap law, which relates the rate of non-radiative relaxation of a state to the energy difference between this and the next lower lying state and which is often invoked to explain the lack of fluorescence from radical ions, is not obeyed. Instead conical intersections are involved whose accessibility is governed by subtle effects like the nature of substituents, structural flexibility, or the environment. For all the examples studied, the excited state absorption showed very weak extinction coefficients and the transient absorption spectra were dominated by the contributions of the (vibrationally hot) ground state. This might explain why excited state radicals have not been observed in highly exergonic photoinduced charge separation reactions associated with the so-called Marcus inverted region, the absence of which remains one of the issues under debate in electron transfer theory.

The copper-catalyzed asymmetric allylic alkylation (AAA) is one of the most powerful methods to introduce a simple alkyl group in allylic position. Copper is particularly known to induce a high γ-selectivity stemming from a SN2’ process. This feature has been mainly applied to the alkylation of linear prochiral substrates leading to the formation of stereogenic centers. In sharp contrast, the use of racemic substrates has been scarcely studied. We will present here that this range of substrates could be interesting reaction partners leading to the development of new valuable resolution processes.

We have introduced self-organizing surface initiated polymerization (SOSIP) as a new versatile route to grow ordered stacks of n-conducting naphtalene diimides (NDI’s) with different electronic properties thanks to the different substituents attached to the aromatic core. Thanks to supramolecular interactions such as π-stacking and hydrogen bonding the monomers self-organize and polymerize in covalent NDI stacks growing perpenducularly from the surface from a free thiol initiator. Co-SOSIP of different propagators showed an increase in photocurrent generation activity up to 40 times compared to single color devices. Moreover we were able to control to some extent the self-segregation, thus the activity, of the different NDI’s varying the alkyl tail length in their structurizing part. To achieve a better control on the polymerized film, surface templation was explored. Co-SOSIP of two NDI propagators using electrodes with two NDI initiators showed a direct correlation between the initiators molar fraction and the polymerized film composition.

The enantioselective isomerization of primary allylic alcohols into aldehydes is still an underdeveloped process. From the observation that the cationic iridium Crabtree hydrogenation catalyst may perform unexpected isomerization for particular substrates, we developed a protocol to obtain exclusive isomerization of a broad scope of primary allylic alcohols into aldehydes under very mild conditions. The BArF anion provided enhanced stability of the precatalyst and improved catalytic performance. We identified crucial electronic features responsible for the catalytic activity: any variation from the original structure of the Crabtree catalyst, which combines a trialkyl phosphine with a sp2-hybridized N-donor ligand, led to a complete loss of catalytic activity. We synthesized after various types of chiral catalysts for the asymmetric variant of the isomerization reaction. The most successful contain chelating dialkyl-phosphino-alkyl-oxazoline ligands, reaching unprecedented levels of enantioselectivity (up to > 99%) in the case of E–configured allylic alcohols. An intermolecular dihydride mechanism was proposed.

Enantiomerically pure planar chiral complexes are of interest for both asymmetric synthesis and catalysis. In this thesis, we report on an easy access to highly enantioenriched neutral [Cr(CO)₃(naphthalene)], [RuCp(indenyl)], [FeCp*(indenyl)] and cationic [RuCp*(naphthalene)] complexes via desymmetrization of prochiral dihalide complexes using a bulky chiral palladium catalyst. Ligand optimization and mechanistic analyses result in a clear picture of the reaction and the asymmetric induction. The potential utility of this reaction is illustrated in the synthesis of a ide range of highly enantioenriched planar chiral complexes. Particularly, the access to peri-palladacycles is of high interest in view of their evaluation in asymmetric catalysis.

During TGF-ß signaling, Sara acts as a scaffold protein recruiting the transcription factor to the ligand receptor. Sara is a member of the TGF-ß super family, which associates to endosomes by binding PtdIns(3)P. Sara endosomes are involved in the symmetric partitioning of TGF-ß/BMP signaling molecules during wing development and in the asymmetric distribution of Delta and Notch during SOP asymmetric cell division. We still do not know what mechanisms are involved in Sara endosomal dynamics and trafficking. During my PhD I focused on finding the molecules, which drive the targeted motility of Sara endosomes during SOP asymmetric cell division. Other key questions were i) how Notch and Delta are targeted into Sara endosomes during SOP division,? and ii) what are the Activin target genes during Sara-mediated TGF-ß Signaling? In order to answer these questions, the main goal of my PhD has been to unravel the Sara machinery.

La chiralité planaire des complexes [Cr(n6-arène)(CO)₃] a longuement été exploitée en synthèse asymétrique. Le groupement Cr(CO)₃ altère considérablement les propriétés chimiques et électroniques de l’arène. De nombreux travaux mettant en avant les principales caractéristiques structurales, stéréochimiques et électroniques de tels complexes ont déjà été reportés dans la littérature. Les travaux décrits dans ce manuscrit évoquent tout d’abord les différences physico-chimiques observées entre la naphtoquinone, le dihydroxynaphtalene, la tétralinedione, et leurs complexes respectifs développés au sein de notre laboratoire. Une application du complexe [Cr(CO)₃(tétralinedione)] dans la synthèse hautement diastéréosélectivebde la catalponol, un anti termite naturel est également reportée. Il est à noter qu’à ce jour, aucune synthèse de cette molécule n’a été décrite dans la littérature. De nouveaux complexes chiraux énantiomériquement enrichis ont aussi été synthetisés par désymétrisation du complexe [Cr(CO)₃(naphtoquinone)] via des réactions asymétriques de Diels-Alder catalysées par du scandium et par du bore en présence d’un ligand chiral.

The field of aminocatalysis, defined as the aptitude of a primary or secondary amine to catalyze reactions using carbonyls such as ketones or aldehydes, has rapidly evolved in the last ten years. These researches have led to considerable efforts in new catalysts developments. Unfortunately, most of the newly designed organocatalysts remain specific, as for the over-studied Michael addition to nitroolefins. Thus, the development of new catalysts with a broad range of applicability would be of great interest. During this phD, we discovered a new family of catalysts called Aminal PYrrolidine (APY). Based on a maximized steric hindrance and modularity of the catalysts, they afford excellent enantioselectivities on a broad range of different reactions. Furthermore, those catalysts were further applied to new highly challenging reactions. They allowed us to discover unprecedented reactions by applying new Michael acceptors and donors. In addition, by combining different modes of catalytic activation (organometallic and enamine) in a single-pot, a new approach for the generation of complex molecules has been explored.

La base de Tröger 1 a été découverte en 1887. Depuis, ces composés de type 1 ont fait l’objet d’une grande attention en raison de leur préparation aisée et de leur structure tricyclique rigide dans laquelle les groupes aromatiques sont parfaitement perpendiculaires les uns aux autres. Cette élégante géométrie permet toute une variété d’applications : reconnaissance moléculaire, sondes interagissant avec l’ADN, systèmes biomimétiques et structures auto-assemblées.

La méthodologie RMN, basée sur le repliement spectral pour augmenter la résolution en dimension indirecte des spectres 2D, a été appliquée à la détermination des constantes d’acidité de mélanges d’acides carboxyliques. Avec l’aide de spectres HSQC à haute résolution obtenus dans des conditions de repliement, nous avons suivit très finement les variations de déplacements chimiques carbone-13. La méthode de titration n’est pas seulement applicable au pKa mais à d’autres constantes chimiques. Le second projet a consisté en la production de cholestérol marqué au 13C par une souche de levure modifiée. Nous avons obtenu un marquage à 92% avec du glucose u-13C6, 99%. Le cholestérol enrichi au 13C devrait trouver de nombreuses applications en RMN liquide et solide.

Half-sandwich chiral electron poor one-point binding ruthenium catalyst that I focused on was one of the research interests in the Kündig group. A more general aim was to apply these catalysts to new transformations, expanding the range of applications that these complexes can satisfactorily catalyze. Only one successful example of asymmetric type 2 IMDA cycloaddition was reported. The challenges arise from the facts that several inconsistencies remain in the reported structure assignment of ledol. We therefore employed the crucial intermediate for the first total synthesis of ent-ledol to provide in good yield with excellent ee. The conformational studies of Ru-dienophile complexes with NOESY and ROESY experiments revealed a conformationally coordinate structure with correlations between dienophile protons and Cp/Indenyl ‘roof’ or chiral BIPHOP-F ligand protons of catalyst part. These NMR results helped to explain the ground state conformations in solution that probably correspond to the observed enantioselectivity in DA reactions.

Les carbocations sont, généralement, des électrophiles puissants qui réagissent rapidement avec des nucléophiles pour donner des adduits stables. Cependant, les ions carbeniums peuvent être stabilisés par la présence de groupements électrodonneurs, soit dans la structure même soit à la périphérie de celle-ci. Les cations de la famille des trianguleniums font partis de ces cations grâce à la présence de noyaux aromatiques conjugués et coplanaires. En 2000,Laursen a décrit la synthèse des sels de triazatriangulenium. Ce composé est facilement obtenu en deux étapes à partir de produits commerciaux simples.Cette synthèse passe par la formation d'un produit doublement cyclisé de type acridinium qui appartient à la famille des [4]hélicènes. Les cations de ce type ont été fortement étudiés par le groupe du Pr Lacour au cours de ces dernières années.

The aim of this PhD work was the study of CpRu-moieties as catalysts for allylic substitution processes. It was shown that [CpRu(CH₃CN)₃][PF₆] or [CpRu(6-naphthalene)][PF₆] in combination with a pyridine oxazoline ligand efficiently catalyze the decarboxylative allylic rearrangement of allyl aryl carbonates. Good levels of regio- and enantioselectivity were obtained. Starting from enantioenriched secondary carbonates, the reaction is stereospecific and the corresponding allylic ethers are obtained with net retention of configuration. Moreover, conditions were found to apply this methodology to “classical” intermolecular etherifications using allyl alkyl carbonates as substrates and phenols as reactants. The reactivity of complex [CpRu(CH₃CN)₃][PF₆] with diazo acceptor/acceptor moieties is also presented. Interestingly, in presence of Lewis basic molecules, this interaction results into cycloadditions and C-X insertions in particular. Using this strategy, attempts to generate non-racemic dioxoles are described. Finally a new reactivity of the Ru-carbene intermediates was discovered; these species undergoing C-H insertion in the presence of tetrahydrofuran moieties.

Le but des travaux décrits dans ce manuscrit est d’étendre le domaine d’application des complexes de ruthénium, acides de Lewis de type "tabouret de piano", synthétisés au laboratoire dans le cadre de réactions asymétriques. Les travaux antérieurs ont permis d’obtenir des procédures robustes et applicables sur grande échelle pour aussi bien pour la synthèse des précurseurs métalliques que des ligands et des réactions de Diels-Alder énantiosélectives. Les résultats décrits ci-après s’inscrivent donc dans la continuation des travaux de Florian Viton sur les réactions de cycloadditions dipolaires énantioselectives. D’importantes améliorations de la synthèse des différents précurseurs de catalyseurs ont pu être obtenues en simplifiant les procédures expérimentales. De plus, ces optimisations ont permis d’obtenir des procédés plus sûrs et rendent possible une meilleure purification et récupération des espèces catalytiquement actives. De bons résultats ont été obtenus dans le cadre de cycloadditions 1,3-dipolaires énantioselectives pour de nombreuses combinaisons dipole/dipolarophile. La sélectivité obtenue a pu être rationalisée et il a pu être montré que les facteurs électroniques influencent fortement la régio-sélectivité (diaryl nitrones) et l’énantio-selectivité (N-methyl nitrones). Des études computationnelles ont permis l’interprétation des résultats en obtenant une meilleure compréhension du mécanisme des réactions. Enfin, l’aplication du N-oxide de morphanthridine a permis la synthèse d’un principe actif avec de bons rendements, ouvrant la voie à de nouvelles applications. Le champ d’application des acides de Lewis décrits a pu être étendu à l’addition de Michael de nucléophiles mous sur des énones. Bien que les possibilités en termes de substrats ne soient quelque peu limitées, les additions énantiosélectives d’arylthiols sur des énones catalysées au Ru montrent le potentiel existant pour développer de nouvelles applications. D’excellents résultats en termes d’activité et de sélectivité ont été obtenus malgré le contrôle difficile de la stéréochimie et de la possible inhibition du catalyseur. Enfin, les additions 1,4 de athrone sur des énones donnent de bons résultats qui laissent augurer le potentiel inexploré de tels catalyseurs. De par leurs synthèse aisée, leur robustesse et les possibilités de recyclage, les Acides de Lewis développés au sein du laboratoire se sont montrés être d’excellents catalyseurs pour une variété de réaction de cycloadditions dipolaires et d’additions 1,4. Les efforts déployés pour mieux appréhender le champ d’applications de tels systèmes catalytiques se poursuivent au sein du groupe.

The nuclear receptor Liver Receptor Homolog-1 (LRH-1) plays a key role in several biological processes. The correlative association between LRH-1 function induced by estrogens and the protective role of the hormone on pancreatic insulin-secreting ß-cells led us to investigate the potential implication of LRH-1 in islet ß-cell physiology. We demonstrate that LRH-1 is expressed in ß-cells and that transcript levels are modulated by 17ß-estradiol through the ERa signalling pathway. Adenoviral-mediated overexpression of LRH-1 in human islets did not alter proliferation but conferred protection against cytokines and streptozotocin-induced apoptosis. More importantly, incubation of human islets with an agonist of LRH-1 (BL001) also protected islets against cell death caused by cytokines and streptozotocin. BL001 also increased overall ß-cell performance in islets isolated from Type 2 diabetic donors. Our results indicate that LRH-1 could be an attractive target for stimulating islet survival and performance in diabetic patients.

In the highly competitive field of organocatalysis, we thought about developing something new and original. Being inspired by the organocatalyzed addition of carbonyl compounds to β-nitrostyrene we investigated a new type of nucleophile (donor) and a new type of electrophiles (acceptors). Therefore, in this thesis research, a huge effort has been devoted to the development of useful adducts which could be further transformed into interesting building blocks of high molecular complexity. As a result, organocatalysis combined with another synthetic transformation appears to become a new powerful tool that could be used in total synthesis.

Le but général de cette thèse est l’étude et la caractérisation des acteurs intracellulaires régissant la production de cytokines pro- et anti-inflammatoires, en particulier celle de l’IL-1β et de son inhibiteur naturel qu’est la forme sécrétée de l’IL-1Ra (sIL-1Ra), par les monocytes/macrophages humains dans des modèles d'inflammation aiguë et chronique.

The epidermal growth factor (EGF)-induced removal of the EGF receptor (EGFR) from the plasma membrane and its endocytic downregulation is a major negative feedback mechanism controlling the intensity and duration of receptor signaling. Different mechanisms of ligand-accelerated endocytosis, rapid ubiquitination of activated EGFR, and sorting of the receptor into multivesicular bodies for lysosomal degradation, are the underlying principles of EGFR downregulation. The physical degradation of the EGFR is thought to protect cells from excessive stimulation. In addition, sequestering the receptor into intralumenal vesicles of endosomes, thereby uncoupling the intracellular tyrosine kinase domain from its downstream effectors, is proposed to contribute to signal attenuation. On the other hand, endosomal EGFR can be active and is able to compensate for signaling initiated at the plasma membrane. How the pool of active endosomal receptor is regulated, and to what extend it contributes to the biological response, has not been investigated conclusively to date. In this study, we aimed to dissect the precise contribution of endocytic sorting events to the EGF response. Consequences of perturbations in EGFR sorting, particularly upon interfering with clathrin- and dynamin-dependent endocytosis, after knockdown of CBL ubiquitin ligases, and of depletion of endosomal sorting complex required for transport (ESCRT) subunits, were investigated in detail. The activation status of signaling components was determined, and a reporter assay was set up to measure EGF-dependent transcriptional activation in living cells. The induction of endogenous target genes downstream of the EGFR-MAPK (mitogen-activated protein kinase) cascade was quantified by real-time RT-PCR, microarray analysis, and by utilizing the recently developed NanoString technology.

Le TTF (tétrathiafulvalène) est l'une des molécules les plus étudiées de ces quarante dernières années, grâce à ses propriétés physiques et chimiques. Il a tout d'abord été étudié comme un composant de superconducteurs organiques comme le TTF-TCNQ, et plus récemment pour quelques-unes de ses propriétés chimiques et photochimiques. En effet, le TTF est bien connu comme extincteur de luminescence et comme donneur d'électron. Le transfert d'électron photoinduit, quant à lui, est un des plus importants processus en photophysique et en photochimie. Il est utilisé par la nature, par exemple, pour le mécanisme de photosynthèse, ainsi que dans l'industrie en ce qui concerne la photographie, des réactions photocatalytiques organiques, des dispositifs optoélectroniques et la conversion d'énergie solaire. Dans le but d'améliorer de telles applications, le transfert de charge photoinduit est également étudié intensivement en recherche fondamentale. Les molécules étudiées dans cette thèse ont plusieurs caractéristiques communes. L'une d'elles est leur comportement en tant qu'ensembles de donneur-accepteur d'électron, une autre caractéristique est la présence du TTF comme sous-unité des ligands ou molécules. De même, les complexes présentés ici contiennent un ou plusieurs ions de métaux de transition tels que Ru2+, Co2+ et Fe2+, coordinés à un ou plusieurs ligands contenant du TTF. Tous les composés de ce travail ont été synthétisés et caractérisés par les collaborateurs du groupe du Pr. S. Decurtins, à l'Université de Berne. Cette thèse va donc être focalisée sur les propriétés photophysiques et photochimiques de ces composés, les parties évoquant la synthèse ainsi que la caractérisation des composés se trouvant dans les différents articles.

Durant cette thèse, des techniques spectroscopiques de pointe ont été utilisées pour étudier des phénomènes ultrarapides de l’ordre de la picoseconde. Parmi ces techniques, la fluorescence résolue dans le temps a été la plus utilisée en sus de l’absorption transitoire. Les dynamiques de des états excités de divers systèmes moléculaires comportant des chromophores tels que le BODIPY ont pu être mesurées et comprises grâce à ces techniques. De plus, durant ce travail, de nombreuses améliorations ont été apportées au montage expérimental de la fluorescence dite « up-conversion », la principale étant le changement de source laser qui permet de varier la longueur d’onde d’excitation de 340 nm à 520 nm, ce qui ouvre de nouvelles perspectives quant au nombre de potentielles molécules étudiables.

Ces dernières années dans le domaine de la chimie, une des recherches les plus en vogue est le développement de systèmes moléculaires simples pouvant mimer les propriétés existant dans les systèmes naturels, comme par exemple les propriétés de transferts de charges du photosystème II, lors de la photosynthèse des plantes. Dans ce travail de thèse, il a été entrepris la synthèse et l’étude de nouveaux systèmes comportant un métal de transition d⁶ pouvant entraîner un transfert photo-induit de charges où d’énergie à travers des liaisons covalentes où non-covalentes. Ces modèles sont étudiés de manières photochimique et électrochimique pour permettre une meilleure compréhension du phénomène de transfert, des effets liés aux substituants présents dans ces systèmes et ainsi d’utiliser des outils simples de spectroscopie pour déterminer ces propriétés. Ce travail mélange synthèse organique/inorganique et étude du comportement des métaux de transition, lors du transfert de charges où d’électron.

A new strategy to access highly enantioenriched cyclic compounds was studied using ω-ethylenic allylic substrates through a one-pot asymmetric allylic alkylation and ring-closing metathesis. Such starting compounds can be seen as synthetic equivalents of cyclic allylic substrates.

Le point commun des pathologies affectant le système nerveux central (SNC) des mammifères adulte est qu’elles aboutissent toutes à des pertes de fonction causées par des dommages qui sont le plus souvent irréversibles. Nous savons à présent que l’incapacité du SNC à recouvrer une activité fonctionnelle est principalement liée au fait que les pathologies conduisent souvent à une section des axones qui ne parviennent pas à régénérer. Par conséquent, l’étude et la compréhension des mécanismes de la régénérescence axonale constitue une thématique centrale de la neurobiologie. Le présent manuscrit s’inscrit dans cette perspective générale. Parmi ces mécanismes, la surproduction de l’interleukine-6 (IL-6) est très fréquemment corrélée aux traumatismes et maladies dégénératives du SNC. C’est la raison pour laquelle elle a fait l’objet de nombreuses études. Les conclusions de ces investigations sont loin d’être homogène (voire contradictoire), tant et si bien que l’on parle "d’épée à double tranchant" pour évoquer cette cytokine. Toutefois, peu d’étude ont tenté de connaître le rôle direct d’IL-6 sur la régénérescence axonale et le recouvrement fonctionnel de tissus lésés ce qui constitue précisément l’objectif précis de la présente thèse. Pour ce faire nous avons utilisé comme modèle les tranches organotypiques d’hippocampe de souris et avons montré qu’IL-6 exerce une action bénéfique sur la repousse axonale et le recouvrement d’activité fonctionnelle.

Dans le domaine de l’addition conjuguée asymétrique sur des enones, un effort considérable a été consacré au développement de réactions catalysées au cuivre et au rhodium avec comme nucléophile soit des métaux alkyles ou des réactifs de type aryle ou vinyle du bore. Alors que la plupart des travaux concernent des énones disubsituées, la construction de centre quaternaire de manière énantiomériquement pure représente encore un réel défi. Un nombre important de publications a récemment permis de résoudre en partie ce problème par l’intermédiaire de réactions catalysées au cuivre. Néanmoins, généralement, ce sont les groupes alkyles qui ont été introduits aux substrats.

This thesis concerns new developments within the orbital-free embedding theory, improvement of the existing functionals and design of the new algorithms facilitating multi-level simulations in condensed phase. Orbital free-embedding formalism is a theoretical method formulated within Density Functional Theory (DFT) which is used to study the effect of the environment on the electronic structure of chemical species embedded in condensed phase. Its principal ingredient is universal exact orbital-free embedding potential, which is uniquely defined by the pair of electron densities, the one corresponding to the embedded system, and the one corresponding to its environment. In this thesis the properties of the embedding potential are studied. The new approximation to the relevant density functional is proposed. The new algorithm to perform geometry optimization within orbital-free embedding formalism is given and tested on the set of benchmark weakly bound intermolecular complexes. The linearization approximation to the embedding potential is proposed to reduce the time of calculations for the large systems. Finally the statistical-mechanical theory of the liquids is applied to generate the average density of the environment, which is used to obtain average embedding potential. The adequacy of multi-level modeling scheme with average embedding potential is verified on calculations of solvent shifts for various chromophores.

The synthesis of Ar’CrCrAr’ in 2005 gave a new momentum to the chemistry of multiple bonded metal-metal species and became a new impetus for the isolation of increasingly shorter metal-metal interactions. The terphenyl ligand (Ar’) allows to protect the bimetallic unit against external interactions. In addition, it has no effects on the CrCr multiple bond although it has been shown that 6 interactions occur when chromium is replaced by cobalt or iron. The use of ligands based on nitrogen as coordinating element has been shown to be associated to a shortening of the metal-metal bond. The possibility of using the U2 unit as framework of a new kind of chemistry was also investigated.

Harvesting solar energy into chemical energy is a major challenge for scientists. So far conjugated polymer solar cells device placed a bench mark in organic solar cell research domain. But their photovoltaic performances stops after 5% efficiency due to inhomogeneous nanoscale morphology of donors and acceptors. Thus, supramolecular chemist wants to improve their photovoltaic performance by constructing an ordered, oriented and high hierarchical architecture on solid surface. Matile and co-workers introduced a high hierarchical network, called zipper assembly. Dream zipper assembly will be “panchromatic zipper assembly” which can absorb solar illumination AM 1.5. But it is still not clear whether blue NN-NDI chromophore can integrate into zipper assembly or not. To tackle this problem, we have synthesized NN-NDI-OPE hybrids. These molecules are subjected to zipper assembly formation. But it generates little photocurrent due-to energy mismatch between n-transporting NDI and p-transporting OPE. Whereas FF value showed a high hierarchical network formed in NN-NDI-OPE zipper assembly. Thus to achieve an optoelectronically matched zipper assembly we have finely tuned p-transporting channel. Oligothiophene (OT) is considered first as our next optoelectronic finely tuned p-transporter. OTs are widely used in polymer solar cell. There is no literature available where chromophores are installed in advance to construct solar cell. Thus we have synthesized NN-NDI-OT hybrids.

Ce travail de thèse s’inscrit dans la fonctionnalisation des DMQA, une classe spéciale d’hélicènes cationiques, en modifiant les chaines latérales pour des applications biologiques. Ces chaines latérales polaires et de différentes longueurs ont influencé énormément leur protocole de dédoublement considéré auparavant infaillible et la séparation des dérivés correspondants a nécessité des conditions optimisées sur colonne semi-préparative de haute performance (HPLC) pour isoler les molécules désirées (rendements de 82 à 95%). Des études photophysiques de ces composés effectuées pour la première fois, ont démontré un mode de liaison stéréoselectif vis-à-vis de l’ADN, surtout pour l’énantiomère d’hélicité M. Une nouvelle famille de DMQA biotinés a également été synthétisée et a fait l’objet d’une autre étude photophysique ciblant la compréhension des mécanismes à la surface et à l’intérieur d’une protéine. D’autres travaux ont été effectués par la suite, notamment une umpolung des dérivés cationiques en dérivés carbanioniques nucléophiles avec d’excellents résultats (82-92%).

In [Ru(bpy)₃][NaCr(ox)₃], ox = C₂O₄^2-, bpy = 2,2'-bipyridine, three different mechanisms for energy migration within the 2E state of [Cr(ox)₃]^3- were distinguished: a phonon assisted process at T > 4.2 K, and resonant and quasi resonant processes at 1.5 K. In NaMg[Al_1-xCr_x(ox)₃]·9(H₂O/D₂O), persistent spectral holes could not only be burnt by direct irradiation into the 3A₂→2E spin-flip transition but also via resonant energy transfer. In [Rh_1-xCr_x(bpy)₃][NaM(III)_1-yCr_y(ox)₃]ClO₄, M = Rh, Al, the energy transfer from [Cr(ox)₃]^3- to [Cr(bpy)₃]³⁺ has two contributions, due to super-exchange and electric dipole-dipole interactions, respectively. External pressure affects the two contributions differently, demonstrating the power of pressure experiments for elucidating the mechanisms of excitation energy transfer processes. In the mixed crystal series [Zn_1-xRu_x(bpy)₃][NaCr(ox)₃], five distinct sites are created for each Cr³⁺ ion according to the binomial distribution of the four closest M²⁺ positions around a given Cr³⁺ ion. These were evidenced by high-resolution absorption spectroscopy.

Quantum chemical methods available today offer a great help in solving some key scientific questions. There has been an impressive development of new and efficient methods and the efforts are still ongoing both in method development and in applications. The synergy between these both is pushing the frontiers of computational chemistry. There are still limitations though and improvements can be made aiming at accurate computation by taking care of electron correlation. In this thesis, we have described an extension of the CASSCF/CASPT2 method, namely, the Restricted Active Space (RAS)SCF/RASPT2 method. The focus of this work is on the methodology involved in the development of RASPT2 method and on the detailed testing of this approach while studying various chemical problems. The potential of this new method is notable, in that RASPT2 extends the applicability of multiconfiguratonal procédures to new classes of problems that could not be treated so far.

Notre travail de thèse fut de développer de nouvelles réactions afin de préparer des amines secondaires ou des biphényles chiraux. Pour ce faire des catalyses en présence de diamines ou en présence de métaux de transition ont été développées.

Dans cette thèse, les interactions de surfaces induites par des polyélectrolytes linéaires, des dendrimères et des polymères dendronizés ont été étudiées. Les études ont été menées avec la microscopie à force atomique (AFM) et complétées par la réflectométrie. Première, l'influence de la force ionique sur l'adsorption de polyélectrolytes linéaires et du dendrimères sur des surfaces de silice planaires est étudiée. Les plateaux d'adsorption augmentent fortement avec la force ionique. Après, les interactions mesurées entre des particules avec polyélectrolytes adsorbés sont discutées. Une méthode basée sur la sonde colloïdale de l’AFM a été développée pour ces études. Des forces attractives sont mesurées prêt du point isoélectrique et leur origine est expliquée. Finalement, l'effet de la force ionique et de la structure des polymères dendronizés sur leur élasticité et rigidité est analysé. Les extensions de ces polymères mesurés entre la pointe et une surface plane fonctionnalisée sont utilisées pour les caractériser.

Les maladies cardio-vasculaires représentent l’une des premières causes de mortalité dans le monde. Elles suscitent une grande préoccupation mondiale et sont d’autant plus redoutables dans les pays en voie de développement qu’elles sont souvent tardivement dépistées. La chirurgie cardiaque représente aujourd’hui le meilleur moyen de contrecarrer nombre de malformations ou de maladies ; mais les populations qui y ont accès sont encore trop restreintes. Ainsi, il convient de poursuivre la compréhension des mécanismes physiologiques et cellulaires induits lors de problèmes cardio-vasculaires afin d’aider au mieux certains patients via des traitements pharmacologiques.

Au cours de ce travail le modèle thermodynamique de complexation des sites, selon lequel les constantes de stabilité cumulatives des processus d’auto-assemblages en solution impliquant des métaux et des ligands organiques peuvent être décrites par un set minimum de paramètres microscopiques, a été appliqué à différents systèmes polynucléaires. En accord avec les principes fondamentaux de la chimie de coordination, les connexions intermoléculaires métal-ligand (incluant la désolvatation), apportent la force motrice favorable, responsable de la formation des complexes finaux auto-assemblés. Cependant, ce processus peut être modulé par (i) la préorganisation des ligands chélates pour les cyclisations intramoléculaires et (ii) les interactions homo-composants de type interligands et/ou intermétalliques spécifiques. La compréhension de ces paramètres qui finalement contrôlent la stabilité des complexes des lanthanides représente un pas important pour la rationalisation des auto-assemblages supramoléculaires et l’élaboration d’une approche prédictive basée sur un modèle théorique.

Cette thèse est divisée en quatre chapitres. Dans le premier, les essais de synthèse du ligand de type acide hydroxamique 5,5’-di(méthylène-N-L-valinehydroxamate)-2,2’-bipyridine (hydroxamvalbipy) sont décrits. L’intérêt de ce ligand réside dans le fait qu’il possède deux zones fonctionnelles différentes et offre trois sites de coordination bidentés, une unité bipyridyl et deux centres d’acide hydroxamique, (O,O) chélates. Les différences entre les propriétés de complexation du groupe bipyridyl et de l’acide hydroxamique devraient favoriser la complexation de deux différents métaux, menant à la formation sélective d’hélicates hétéronucléaires. Malheureusement la synthèse du ligand désiré n’a pas été réussie et son comportement vis-à-vis de la complexation de différents métaux n’a pas pu être étudié.

Morphogens, such as Decapentaplegic (Dpp) in the fly imaginal discs, form graded concentration profiles that control patterning and growth of developing organs. In the imaginal discs, proliferative growth is homogeneous in space, posing the question of how morphogen concentration gradients could control position-independent growth. To understand the mechanism of proliferation control by the Dpp gradient, we quantified Dpp concentration and signaling levels during wing disc growth. Both Dpp concentration and signaling gradients scale with tissue size during development. On average, cells divide when Dpp signaling levels have increased by 50%. Our observations are consistent with a growth control mechanism based on temporal changes of cellular morphogen signaling levels. For a scaling gradient, this mechanism generates position-independent growth rates.

Although the transfer of an electron from a donor to an acceptor after one of them has been electronically excited by the absorption of light appears to be a very simple reaction, there are still many open questions concerning the detailed mechanism of photoinduced electron transfer. It is nevertheless a fascinating and very important reaction, given its key importance in photosynthesis and many modern approaches to solar energy conversion. The objective of this PhD thesis was thus to use ultrafast, femtosecond-resolved spectroscopy in order to gain a better insight to photoinduced electron transfer occuring for closed-shell organic molecules in liquid solution, in particular where the relative geometry of the reaction partners is concerned. The investigations span a large variety of electron donor-acceptor systems, ranging from the intramolecular to the bimolecular case and from simple model systems to complex architectures with potential applications in solar energy conversion.

In this thesis, three different bioinspired approaches have been introduced to build up vertically oriented SHJ photosystems. Firstly, the halogenated red zipper architecture was assembled from the anionic HH-NDI-OPE initiator and the cationic and anionic NBr-NDI-OPE propagators on a gold electrode. This zipper assembly generates high photocurrent and high efficiency. Secondly, the non-halogenated ON-NDI-OPE zipper assembly was introduced. Compared with the halogenated zipper less photocurrent and same critical thickness was observed. The lower photocurrent was attributed to the higher HOMO energy of the ON-NDI than the NBr-NDI. The third antiparallel redox gradients architecture generates approximately the same photocurrent and double critical thickness than the NBr-NDI-OPE zipper assembly.

Durant l’embryogénèse, des nombreuses voies de signalisation sont combinées pour réguler différents processus. Ces voies peuvent être modulées dans la cellule par endocytose. Dans la voie de signalisation TGF-beta, la localisation intracellulaire de ligands, récepteurs et substrats est régulée par l’endocytose. Ainsi, les récepteurs TGF-beta activés phosphorylent les R-Smads, qui transitent dans le noyau, où ils régulent la transcription. La protéine endosomale SARA est une protéine adaptatrice qui se lie au R-Smad et l’amène à proximité du complexe de récepteurs. Notre travail montre que SARA1 est un intermédiaire nécessaire à la signalisation de Nodal pendant le développement embryonnaire. De plus, notre travail montre que SARA1 est nécessaire à la signalisation de Notch pendant les décisions entre devenir épithélium pavimenteux/cubique dans le cœur de l’embryon et les modes de division dans le tube neural. Ces résultats présentent SARA1 comme une protéine qui peut se partager entre deux voies de signalisation distinctes.

Le but de ce travail de thèse a été, dans un premier temps, de développer la synthèse parallèle de divers amino-tétrazoles et amino-[1,3,4]oxadiazol-2-ones comme bioisostères d'acide carboxylique. Phenyl et benzylamines, sustituées par un tétrazole ou un 1,3,4-oxadizol-5-one, ont été transformés en une chimiothérapie de composés acides dont les pKa varient entre 4.9 et 8.4, via deux successives alkylations réductrices. Dans un second temps, nous avons développé la synthèse de dérivés trichloro-pyridopyrimidines substituées en position 6. Des réactions et conditions de subtitutions regioselective de trois chlores ont été élaborées, telles que des substitutions nucléophile aromatiques et des réactions de couplage catalysées par les métaux de transition. Ces travaux ont permis de synthétiser en parallèle de nombreux composés avec un bon niveau de pureté (> 4000) grâce à l'otimisation des protocoles.

Le but de ce travail était de mieux comprendre le rôle des myosines de classe I (M1) dans l’endocytose. L’endocytose englobe l’ingestion et la digestion par la cellule de matériel exogène. Les M1s sont des moteurs moléculaires qui génèrent une tension ou un mouvement. Elles sont formées d’un domaine moteur conservé liant l’actine et d’un domaine de queue de longueur variable qui contient au moins un domaine de liaison aux membranes et, éventuellement, un à deux domaines spécifiques d’interaction protéine-protéine. L’actine, le complexe Arp2/3 de nucléation de l’actine et les M1s sont présentes lors de fermeture d’une vésicule dans tout processus endocytaire. Néanmoins, leur coordination et leur organisation spatiale sont peu connues. Le cycle de polymérisation/dépolymérisation de l’actine ainsi que l’activité contractile des myosines sont également essentiels au processus d’ingestion de particules ou phagocytose. Nous avons étudié le rôle de la M1, MyoK, dans la phagocytose et la dynamique de l’actine dans le modèle de cellule phagocytaire aisément manipulable génétiquement, l’amibe Dictyostelium discoideum.

Ce travail de thèse présente l'étude de complexes de lanthanides avec des ligands possédant de longues chaînes alkyl. L'obtention de lanthanidomésogènes thermotropes à température ambiante relève d'un véritable défi. Pour cela, deux stratégies ont été adoptées. La première consiste à augmenter le nombre de longues chaînes divergentes autour du métal via l'augmentation du nombre de ligands coordinés au métal. La deuxième approche s'oriente vers l'accroissement du nombre de chaînes divergentes directement sur le ligand. Cette dernière méthode a été particulièrement fructueuse pour l'acquisition de complexes de lanthanides liquides cristallins avec des transitions de phases à basse température (-30°C) et luminescents à température ambiante dans la mésophase. Cette approche confirme la validité du modèle thermodynamique prédictif de Tf=ΔHf/ΔSf pour programmer les métallomésogènes à température ambiante.

L'objectif de cette étude était de disséquer le trafic membranaire chez "Dictyostelium." Nous avons caractérisé la fonction de la petite GTPase Rab8a et de son effecteur potentiel, l'exocyste pendant l'expulsion de liquide par la vacuole contractile (VC). La VC est un système tubulaire et vésiculaire qui contrôle l'équilibre osmotique de "Dictyostelium." La mutation de Rab8a, Drainin ou LvsA affectent la morphologie de la VC et la localisation de l'exocyste. Rab8a-GTP recrute l'exocyste à la membrane de la VC et favorise l'attachement de la VC avec la membrane plasmique afin de permettre la formation d'un pore et l'expulsion de liquide. L'impossiblité de supprimer "sec15", une sous-unité de l'exocyste, indique que l'exocyste est essentiel pour la viabilité cellulaire. Effectivement, la recherche des partenaires d'interaction de l'exocyste a révélé d'autres rôles potentiels dans le trafic vésiculaire, la phagocytose, l'exocytose et mobilité cellulaire.

Dans cette étude, l'objectif est de créer deux modèles-animal de surexpression du facteur de transcription Pax4 dans les cellules beta pancréatiques: 1) des souris surexprimant la forme normale Pax4 inductible pour mieux comprendre chez l'adulte les mécanismes par lesquels Pax4 régule la prolifération et la survie des cellules beta et 2) des souris surexprimant la forme mutante Pax4R129W pour mieux évaluer l'implication de cette mutation dans l'évolution du diabète. L'ensemble de nos résultats suggère la simultanéité de deux processus indépendants : dans le premier, Pax4 favorise la protection des cellules beta contre un environnement nocif, en induisant le gène anti-apoptotique Bcl-2 et en réprimant MafA afin de différencier partiellement les cellules beta, dans le second processus, l'expression de Pax4 doit être inhibée afin d'obtenir des cellules pleinement différenciées.

L'utilisation de ligands NHC (carbènes N-hétérocycliques) en catalyse asymétrique a explosé depuis le début des années 2000. Ces ligands, initialement considérés comme des analogues de ligands phosphines, ont depuis montré une meilleure stabilité par rapport aux hautes températures et à l'oxydation. Nous avons synthétisé plusieurs familles de HNC asymétriques dont les aptitudes catalytiques ont été testées sur l'addition conjuguée de différents nucléophiles organométalliques sur des énones trisubstituées. Ces travaux ont permis de démontrer que la combinaison entre organomagnésiens et NHC est une métohode très valable pour former des centres asymétriques avec d'excellents rendements et des excès énantiomériques atteignant 96%. Le ligand chiral est d'une part formé directement in situ par déprotonnation du sel d'imidazolium correspondant par le réactif de Grignard sans ajout de base additionnelle. D'autre part, l'utilisation de ces nucléophiles permet d'additionner un panel extrêmement vaste de chaînes carbonées linéaires et ramifiées avec une parfaite reproductibilité.

Un grand nombre de complexes octaédriques des métaux transition de configurations électroniques d4 à d7 présentent le phénomène de conversion de spin. Dans ces composés, la différence d’énergie entre l’état bas spin (l’état excité avec la multiplicité de spin la plus basse) et l’état haut spin (le premier état excité avec la multiplicité de spin la plus élevée) est de l’ordre des énergies thermiques. Si la transition thermique de l’état haut spin vers l’état bas spin en baissant la température est abrupte, on utilise le terme de transition de spin pour décrire la conversion de spin. Ces transitions de spin ont été essentiellement observées dans les composés de Fe(II), Fe(III) et Co(II), mais également dans des composés de Co(III), Mn(II), Mn(III), Cr(II). Dans ce travail, les composés de Co (II) ont été étudiés, plus précisément des complexes imine, et un réseau polymère [Fe(bbtr)₃](ClO₄)₂ (bbtr = 1,4-di(1,2,3-triazol-1-yl)butane). La transition de spin des complexes [Co(terpy)₂]²⁺ et [Co(bpy)₃]²⁺ (terpy = 2,2':6',2"-terpyridine, bpy = 2,2'-bipyridine) est analysée à partir de données expérimentales de la spectroscopie optique, de la spectroscopie EPR, de la cristallographie aux rayons X et de mesures de susceptibilité magnétique. Tandis que [Co(terpy)₂](ClO₄)₂ montre une transition de spin thermique, le monocristal du complexe [Co(terpy)₂](PF₆)₂ est essentiellement dans l'état haut spin à toute température. Les cristaux dopés ont également été étudiés. Le même complexe été dopé dans deux hôtes différents : [Fe(terpy)₂](PF₆)₂ et [Zn(terpy)₂](PF₆)₂.[Fe(bbtr)₃](ClO₄)₂ forme une structure polymérique hexagonale. Il montre une transition de spin thermique abrupte avec une hystérèsys d’environ 13 K centré aux alentours de 105 K, comme le montre les résultats de spectroscopie optique.

Il a été montré que le gène Fsa régule l’homéostasie des lipides ainsi que la différentiation cellulaire dans des cellules humaines et chez Caenorhabditis elegans. Dans ce travail de thèse, le gène orthologue de Fsa chez Drosophila melanogaster a été identifié lors d’un crible génétique cherchant à identifier des interactants de Sara, un gène impliqué dans le trafic membranaire et la signalisation cellulaire. La caractérisation de Fsa de drosophile confirme le rôle de ce gène dans l’homéostasie des lipides et implique Fsa comme régulateur négatif de la signalisation Hedgehog. Etant donné que la signalisation Hedgehog, de même que Fsa, est impliquée dans l’homéostasie des lipides et la différenciation cellulaire, les effets observés de Fsa sont peut-être dus à son rôle de régulateur de la voie de signalisation Hedgehog. De plus, il a été montré que Sara interagit fonctionnellement avec Fsa chez la drosophile en tant que régulateur négatif de la signalisation Hedgehog.

La famille de l’IL-1 était composée jusqu’à peu de quatre membres, trois d’entre eux possédant des propriétés pro-inflammatoires, l’IL-1α (IL-1F1), l’IL-1β (IL-1F2) et l’IL-18 (IL-1F4), le quatrième étant l’antagoniste du récepteur de l’IL-1, l’IL-1Ra (IL-1F3). Récemment, sept nouveaux membres de la famille de l’IL-1 ont été identifiés de part leur homologie en terme de séquences, de structure tridimensionnelle (3D), de récepteurs et de voies de signalisation intracellulaires : les IL-1F5 à IL-1F10 et l’ IL-33 (IL-1F11) (8-15).

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit décrit l’utilisation de la réaction de déaromatisation d’arènes via des complexes [Cr(arène)(CO)₃] lors de la synthèse de produits naturels ou d’analogues. D’une part, nous nous sommes intéressés à la synthèse du 5-epi-eudesma-4(15)-ene-1b,6b-diol. Les deux étapes-clés de sa synthèse sont alors la réaction de déaromatisation et une métathèse. D’autre part, la réaction de déaromatisation a été utilisée pour construire un nouvel ènediyne bicyclique [8.3.1]. Le comportement de cet ènediyne face à la réaction de Bergman a aussi été étudié.

Divers sels d'iminium atropoisomères à motif biaryle (chiralité axiale) ont été préparés et utilisés en tant que catalyseurs dans la réaction d'époxydation énantiosélective d'oléfines prochirales non-fonctionnalisées. L'utilisation de ces composés a permis d'atteindre d'excellents niveaux d'énantiosélectivité (jusqu'à 98% ee) pour de nombreux alcènes et alcools allyliques trisubstitués. Dans ce travail, nous expliquons que l'absence de contrôle stéréochimique du fragment chiral exocyclique provient de l'existence d'atropoisomères spécifiques autour de la liaison N(sp2)-C(sp3) liant le motif azépinium au centre séréogène exocyclique. Enfin, nous avons mis au point un modèle général afin de prédire avec certitude une haute sélectivité pour la formation d'époxydes non-racémiques de configuration absolue définie.

Durant ces dernières années, les réactions organiques énantiosélectives catalysées par des métaux de transition et des ligands chiraux suscitent de plus en plus d'intérêt. Dans cette optique, nous avons développé une nouvelle famille de ligands phosphorés chiraux appelé les SimplePhos. Ces ligands ont été utilisés en addition conjuguée catalysée au cuivre de divers réactifs organométalliques comme les zinciques, les aluminiques ou les réactifs de Grignard, atteignant jusqu'à 95% d'excès énantiomériques. Ils ont également permis la formation de centres quaternaires stéréogènes à l'aide de trialkylaluminiums sur des énones trisubstituées avec de bonnes énantiosélectivités (jusqu'à 98.6%). Par la suite, nous avons appliqué cette méthodologie à la préparation d'intermédiaires clés utilisés pour la synthèse de molécules naturelles. Enfin, les ligands SimplePhos ont également été utilisés pour la désymétrisation d'hydrazines meso à l'aide d'aluminiques, générant des composés diamino cyclopentènes disubstitués chiraux (jusqu'à 95% ee) possédant une grande utilité synthétique.

Les interfaces liquides jouent un rôle fondamental dans la vie quotidienne et sont d'un grand intérêt pour de nombreux domaines scientifiques, comme en biologie moléculaire ou dans l'industrie chimique. Par exemple, la corrosion des surfaces métalliques en présence d'eau ainsi que de nombreuses réactions électrochimiques mettent en jeu des interfaces solide/liquide. Les interfaces liquide/liquide sont retrouvées dans l'étude des mousses et des émulsions, avec de nombreuses applications dans le domaine des agents nettoyants et de la nourriture. En particulier, les interfaces aqueuses jouent un rôle fondamental dans beaucoup de processus biologiques de la membrane cellulaire, comme l'adsorption de protéines, la reconnaissance et le transport de macromolécules à travers la membrane.

L'agrégation ou non des collïdes aquatiques détermine le transport des polluants et des composés vitaux au sein des systèmes aquatiques. Le but de cette thèse est de mieux décrire les caractéristiques des colloïdes ainsi que leurs processus d'agrégations par simulation numériques. Un premier modèle Monte Carlo-Métropolis a été développé afin de mieux comprendre les processus de chargement des colloïdes inorganiques en tenant compte du pH, de la concentration ionique du milieu considéré, de la discontinuité diélectrique entre le colloïde et l'eau, de la répartition ainsi que des propriétés ampholytiques des sites de surface. Un second modèle Monte Carlo-Métropolis a été créé afin de mieux comprendre le rôle de la discontinuité diélectrique dans l'agrégation entre un biopolymère rigide chargé et un colloïde neutre. Un modèle de dynamique Brownienne a été créé afin de mieux comprendre les processus d'agrégation entre les colloïdes inorganiques, les acides fulviques et les biopolymères rigides.

La théorie de la Fonctionnelle de la Densité est appliquée à l'étude des complexes [Per(II)-tris(2,2'-bipyridine)] [cobalt(II)-tris(2,2'-bipyridine)] et [cobalt(II)-bis(2,2'-:6,2''-terpyridine)] et du composé d'inclusion [Per(II)-tris(2,2'-bipyridine) dans zéolite gama] en relation avec le phénomène de transition de spin. La structure, l'énergétique et les propriétés spectroscopiques (absorption, dichroisme circulaire, Mössbauer et RPE) de ces complexes ont ainsi été caractérisés dans les états bas-spin et haut-spin. En particulier, l'analyse des résultats obtenus avec différentes fonctionnelles d'échange-corrélation montre que le choix de la fonctionnelle d'échange est critique pour la détermination précise des différences d'énergie haut-spin/bas-spin. L'étude de [Per(II)-tris(2,2'-bipyridine)] dans zéolite gama dans une approche supramoléculaire a permis l'analyse des interactions hôte-invité et la quantification de l'influence de la deuxième sphère de coordination sur la géométrie et l'énergie du [Per(II)-tris(2,2'-bipyridine)] dans les différents états de spin.

La résonance magnétique nucléaire est devenue un outil indispensable aux chimistes de synthèse. Basé sur les propriétés nucléaires des atomes, elle apporte des informations cruciales sur la structure, la composition, la dynamique des systèmes qui peuvent aller de la simple molécule organique, à la protéine, en passant par des mélanges complexes hors-équilibres. Ces informations extraites d'expériences de plus en plus complexes nécessitent une résolution suffisante afin de discriminer les signaux correspondants à chacun des atomes. Dans le cas d'expériences multidimensionnelles, l'obtention de la résolution nécessaire augmente considérablement la durée d'expérience.

La spectroscopie de Résonance Paramagnétique Electronique (RPE) est la technique par excellence pour obtenir des informations sur la délocalisation de spin dans les systèmes paramagnétiques. Le but de cette thèse est d’étudier la délocalisation du spin dans des systèmes organophosphorés et dans des complexes organométalliques susceptibles de présenter des applications intéressantes dans divers domaines de la chimie moderne (nouveaux matériaux, électronique moléculaire, aimants moléculaires…). Tous les radicaux étudiés dans ce travail ont été examinés par RPE, voltamétrie cyclique et Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), afin d’obtenir des informations sur leur structure électronique ainsi que sur leur stabilité relative.

The TGFβ family member Nodal is essential during development to allocate pluripotent cells to distinct germ layers and to establish the basic body plan. To establish a signaling gradient of the transcription factors Smad2 and Smad3, Nodal forms a complex with Activin receptors that is activated with the help of the glycosylphosphosphatidyl-inositol-anchored proteoglycans Cripto or Cryptic. To elucidate the underlying mechanism, we investigated whether Cripto regulates the proteolytic maturation and/or trafficking of Nodal precursor protein. We show that Cripto captures Nodal already during secretion, partly via the propeptide, and assembles a processing complex with the proprotein convertases Furin at the cell surface. Subsequently, Cripto mediates uptake of mature Nodal via a conclathrin, noncaveolar pathway to signaling endosomes. Our results suggest that Cripto is a receptor for proprotein convertases and couples Nodal processing and signaling in target cells

Lors de ce travail de thèse, nous avons étudié la sortie du Réticulum Endoplasmique (RE) des protéines à ancrage Glycosyl Phosphatidyl Inositol (GPI), et plus particulièrement le phénomène de triage des protéines dans la levure. Après l'établissement d'un nouveau protocole de visualisation des protéines à leur sortie du RE par microscopie, nous avons constaté que contrairement à la plupart des molécules cargos, la concentration des protéines à ancrage GPI dans les sites de sortie du RE (ERES) est indépendante du complexe protéique COPII. En revanche le remodelage des chaînes lipidiques de l'ancre GPI est un pré-requis à l'incorporation des protéines à ancrage GPI aux ERES. Ces résultats suggèrent que l'incorporation des protéines à ancrage GPI dans des domaines spécifiques riches en céramides de la membrane du RE est nécessaire à la sortie du RE et au triage des protéines à ancrage GPI.

Les caractéristiques (distributions de taille, composition, associations, etc...) des colloïdes aquatiques naturels ainsi que leur dynamique ont été étudiées dans deux systèmes aux conditions trophiques très différentes : les lacs de Brienz et Léman, respectivement ultra-oligotrophe et mésotrophe. Cette étude interdisciplinaire a été réalisée avec un large panel de techniques modernes ("single particle counter", microscopie électronique à transmission), développées ou améliorées pour certaines d'entre elles au cours de cette thèse. Dans les deux systèmes, les résultats ont montré que les colloïdes pouvaient avoir une influence sur la production lacustre en jouant sur la dynamique de la turbidité ou sur les concentrations de nutriments disponibles. Inversement, les productivités primaire et secondaire peuvent également modifier les caractéristiques et la dynamique des colloïdes, en particulier leur agrégation, respectivement par le biais d'une production accrue de substances organiques d'origine phytoplanctonique et d'une ingestion par certaines espèces de zooplancton.

Le but de ce travail a été de développer la synthèse de divers hétérocycles aminés originaux d’une façon nouvelle et robuste afin de pouvoir préparer des bibliothèques plus ou moins large de composés en un minimum d’étapes et avec un bon niveau de pureté. Plusieurs approches ont été envisagées, en particulier des synthèses utilisant des réactifs sur support solides et des conditions réactionnelles compatibles avec une large variété de groupes fonctionnels...

Les parasites, tels que les tiques, ont élaboré un large panel de protéines immunomodulatrices qu'ils sécrètent, ce qui leur permet de se nourrir pendant de longues périodes sans être détectés par le système immunitaire de leur hôte. Une stratégie qui permet de produire des protéines qui lient et neutralisent les chimiokines, ayant pour rôle de recruter les cellules immunitaires afin de protéger l'hôte des parasites. Ce manuscrit décrit l'identification et la caractérisation "in vitro" d'Evasin-3 et -4, une étude de structure-fonction d'Evasin-1 et -3 et la caractérisation préliminaire de souris transgéniques exprimant Evasin-3. Evasin-1 et -3 sont très sélectives: Evasin-1 se lie à CCL3, CCL4 et CCL18 et Evasin-3 lie les ELR+ CXC-chimiokines. Evasin-4 a un spectre plus large de liaison avec 13 CC-chimiokines différentes. Les séquences primaires d'Evasin-1 et Evasin-4 s'alignent avec la conservation de la position des résidus cystéines, suggérant une structure tertiaire conservée, alors qu'Evasin-3 est totalement différente.

Le but de ce travail de thèse fut de développer le premier réarrangement de Stevens-[1-2] énantiosélectif à partir de cations ammonium quaternaires. Notre étude s'est portée sur l'utilisation de cations conformationnellement labiles en solution possédant un cycle à 7 chaînons de type dibenzo[c,e]azepinium et un second cycle rigide isoindolinium ou indolinium. Ces cations ont été synthétisés sous forme de sels d'halogénures puis associés avec un anion du phosphore hexacoordiné énantiopur, le BINPHAT, connu pour ses propriétés efficaces d'énantiodifférentiation RMN et d'induction asymétrique. L'association de ces ions a conduit à un stéréocontrôle supramoléculaire avec un excès diastéréomérique allant jusqu'à 76%
De nombreuses expériences mécanistiques ont été réalisées et le traitement à basse température des sels [cations][BINPHAT] avec une base phosphazène de Schwesinger (P₄-t-Bu) a mené à la formation d'amines tertiaires non-racémiques (excès énantiomériques jusqu'à 55%) avec "expansion" ou "contraction" de cycle et surtout d'excellents transferts de chiralité (jusqu'à 100%)

In spite of significant progress in the development and calibration of new proxies, major challenges still limit our ability to use these indicators to fully understand past environmental changes. Over the past two decades, both field and laboratory experiments have shed light on the importance of trace metals in controlling –through limitation or toxicity - the growth and composition of phytoplankton communities. Nonetheless, there is still a lack of reliable tools to evaluate trace metals–phytoplankton interactions during past environmental and climatic perturbations. In this work, we evaluated the use of the Zn content of silicate shells (frustules) of fossil diatoms to track past changes in Zn bioavailable concentrations of surface waters. This essential element is delivered to both continental and ocean waters via natural and/or anthropogenic inputs. Our approach combined laboratory and field experiments.

La croissance et la régionalisation le long de l'axe antéropostérieur du disque d'aile de "Drosophila melanogaster" est dirigé par le gradient du morphogène "Decapentaplegic" (Dpp), un homologue de "BMP". La première partie de cette thèse se concentre sur l'analyse quantitative de la formation du gradient du morphogène Dpp en utilisant un test de recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) pour mesurer la cinétique du déplacement de Dpp dans le tissu. La seconde partie s'intéresse à la précision de l'information positionnelle fournie par le gradient de Dpp pour la détermination des frontières des domaines des gènes cibles. La troisième parite de la dissertation explore la façon dont le gradient de Dpp est interprété par les cellules pour générer une réponse en prolifération et diriger la croissance du tissu.

The work undertaken during this Ph.D. consisted in the development of the synthesis but also in the characterization of a recently discovered subclass of amphiphilic biohybrid macromolecules called Giant Amphiphiles. In this manuscript, three new synthetic routes allowed for the first time the efficient, high yielding, and easy synthesis of these Giant Amphiphiles biomacromelecules without tedious purification procedures. This brekthrough in the field allowed the further study of the full potential application of these amphiophilic biohybrid macromolecules in order to create meaningful structures. In this purpose, some of these Giant Amphiphiles have been used to create nanoreactors but also nanocarriers, demonstrating that these new subclass of amphiphilic molecules have a promising future in nanobiotechnologiy and nanomedicine scientific area.

La combinaison du précatalyseur stable à l'air [CpRu(η⁶-C₁₀H₈)] [PF₆] avec des ligands de type pyridine-monooxazoline a permis de développer une nouvelle stratégie pour effectuer des réactions de substitution allyliques avec des conditions expérimentales simples. Cette famille de ligands est apparue particulièrement appropriée pour effectuer l'étude de réactions du type réarrangement de Carroll. Le mécanisme de cette réaction a été étudié et un cycle catalytique raisonnable en a découlé. Une stratégie de double activation par co-catalyse a donc été développée: l'utilisation synergique de sels de magnésium a permis d'effectuer ces réactions à température ambiante et donc de manière plus sélective.

Like other enveloped viruses, vesicular stomatitis virus infects cells through endosomes. There, the viral envelope undergoes fusion with endosomal membranes, thereby releasing the nucleocapsid into the cytoplasm and allowing infection to proceed. Here, we report that the viral envelope fuses preferentially with the membrane of vesicles present within multivesicular endosomes. Then, these intra-endosomal vesicles (containing nucleocapsids) are transported to late endosomes, where back-fusion with the endosome limiting membrane delivers the nucleocapsid into the cytoplasm. Presumably, export of cargo proteins from within endosomes also occurs "via" back-fusion with the limiting membrane, so that they become available for subsequent transport to their final destination. We further find out that this back-fusion process is altered by cholesterol accumulation and is regulated by the ESCRT component Tsg101, the endosomal lipid lysobisphosphatidic acid under the control of Ali/Vps31p and by phosphatidylinositol-3-phosphate "via" SNX16.

L'analyse de composés pharmaceutiques dans les matrices biologiques par LC-API-MS nécessite une préparation d'échantillon préalablement à son injection dans le système. Ce travail de thèse s'est d'abord intéressé à l'amélioration du développement de la préparation d'échantillon. Un moyen de simplifier et accélérer ce dernier a tout d'abord été présenté. Les effets matrice rencontrés lors de l'analyse de fluides biologiques en LC-MS a également été étudié, en particulier lors de l'utilisation de la photo-ionisation à pression atmosphérique (APPI). Une revue a été consacrée à cette dernière pour le couplage LC-MS. La qualité de préparation en ligne d'échantillons plasmiques a également été testée avec divers supports, en termes d'effets matrice générés sur les trois sources commercialisées (ESI, APCI, APPI). Une étude sur la caractéristation et la classification des effets matrices a ensuite été menée. Finalement, la validation d'une méthode pour l'analyse de benzodiazépines dans le sang total a été décrite en LC-APPI-MS.

Vu leurs caractères électron-donneur, les iminophosphoranes peuvent donner naissance à des radicaux cations susceptibles d'être utilisés comme transporteurs de "trous" dans les OLEDs. Nos études RPE, électrochimiques et DFT effectuées lors de ce travail de thèse, montrent que l'oxydation à un électron des composés mono-iminophosphoranes Ph₃P=NR' ne conduit pas à des produits de dégradation comme évoqué par Worner et coll. (Electrochimica acta 1977;22:445) mais aboutit plutôt à la formation de dimères paramagnétiques [(Ph₃PNR')₂]⁺. Nous avons pu générer des radicaux cation stables mettant en jeu la liaison P=N dans le cas des bis-iminophosphoranes [(Ph₃P=N-[pont]-N=PPh₃]⁺. Il nous a ainsi été possible de moduler les potentiels E₁/₂ de la première vague d'oxydation en choisissant judicieusement la nature du pont qui relie les deux centres redox P=N. L'utilisation d'un mono-iminophosphorane comme ligand (L) dans le cas du complexe RuCp*LCI baisse considérablement le potentiel d'oxydation du couple Ru(II)/Ru(III). Finalement nous avons montré que la réduction de dérivés du système triazine-triacide conduit à son radical anion associé.

“L’univers est dissymétrique”. Louis Pasteur résuma par ces quelques mots l’importance de la chiralité dans notre monde. La première partie de ce travail de thèse sera consacrée au dédoublement cinétique d’époxydes allyliques racémiques par des réactifs de Grignard catalysé au cuivre. Deux types de ligands ont été étudiés pour cette transformation permettant d’obtenir des excès énantiomériques allant jusqu’à 96% (Schéma 1) Dans une deuxième partie consacrée au dédoublement cinétique de dérivés d’alcool propargyliques, l’acétate de l’oct-1-yn-3-ol a été soumis à des conditions de dédoublement cinétique en présence du chlorure de butyl magnésium et d’une quantité catalytique de cuivre et de différents ligands chiraux (Schéma 2)...

Dans ce travail de thèse deux approches synthétiques, dont le but et d'augmenter l'activité des barriques beta à baguette rigide, ont été présentée. La première approche consistait en l'ancrage hydrophile de la barrique beta-LRLHL. Une séquence peptidique consistant d'une tetralysine a été liée à la baguette rigide pour servir d'ancrage hydrophile. Ceci s'est révélé fructueux, l'activité ainsi que la sensibilité et sélectivité de la barrique ont augmentés. Dans la deuxième approche, un marqueur à l'histidine (histidine-tag) a été relié à la barrique pour obtenir une barrique marquée d'histidine. Comme dans le cas précèdent, le marquage a mené à une augmentation de l'activité. L'introduction d'interactions entre les vésicules et la barrique n'ont cependant pas augmenté l'activité de cette dernière mais ont accéléré son incorporation dans le milieu lipidique.

Dans ce travail de thèse deux approches synthétiques, dont le but est d'augmenter l'activité des barriques beta à baguette rigide, ont été présentées. La première approche consistait en l'ancrage hydrophile de la barrique beta-LRLHL. Une séquence peptidique consistant d'une tetralysine a été liée à la baguette rigide pour servir d'ancrage hydrophile. Ceci s'est révélé fructueux, l'activité ainsi que la sensibilité et sélectivité de la barrique ont augmenté. Dans la deuxième approche, un marqueur à l'histidine (histidine-tag) a été relié à la barrique pour obtenir une barrique marquée d'histidine. Comme dans le cas précédant, le marquage a mené à une augmentation de l'activité. L'introduction d'interactions entre les vésicules et la barrique n'ont cependant pas augmenté l'activité de cette dernière mais ont accéléré son incorporation dans le milieu lipidique..

Les carbocations sont généralement des intermédiaires réactionnnels à très courte durée de vie, cherchant à redonner "in fine" une molécule stable. Durant plusieurs décennies, l'étude des carbocations a d'ailleurs été principalement vouée à l'isolation et à la caractérisation de telles espèces.
Il existe cependant une autre classe de carbocations dite (hautement) stabilisée. Cette dernière est constituée d'espèces carbocationiques très stables pouvant même être manipulées dans des conditions de nucléophilies et basicités extrêmes. Ces "carbocations" sont aussi réputés, notamment pour leurs propriétés physico chimiques, mais également et surtout pour leurs innombrables applications.
Plus particulièrement, récemment une nouvelle variété de carbocations hétérocycliques hautement stabilisés à ponts oxygénés et azotés a été publiée: les Azatriangulénium.
Le but de cette thèse a donc été non seulement d'introduire d'autres atomes que l'oxygène et l'azote à la périphérie de ces ions, mais aussi de trouver toute une multitude d'applications très intéressantes avec ces derniers .

Le sujet de cette thèse est d'étudier les forces d'interaction entre des surfaces sous contrôle potentiostatique. L'étude est surtout ciblée sur la compréhension de la variation de la double couche d'une électrode en fonction du potentiel appliqué. La première partie de la thèse est consacrée à la vérification expérimentale de la validité de l'approximation de Derjaguin pour des surfaces rugueuses ou comportant des inhomogénéités. Dans la deuxième partie, les propriétés de la couche diffuse d'une électrode, modifiée en fonction du potentiel appliqué, sont étudiées par microscopie à force atomique avec une sonde colloïdale. Dans la suite, l'étude de la couche diffuse a été étendue. Le processus de création de la charge est étudié en fonction du pH. Dans la dernière partie de la thèse, l'adhésion entre une particule colloïdale de silice et une électrode modifiée par une couche auto-assemblée est étudiée.

La toxicité du cadmium sur un organisme est dépendante de sa biodisponibilité qui varie en fonction de la physicochimie du milieu aquatique. Le but de cette recherche a été de relier l'effet biologique à la biodisponibilité du cadmium en étudiant les interactions du métal dans la cellule au niveau génomique. Les techniques de détection différentielle (differential display) et biopuces ont été employées et dix gènes ont retenu l'attention comme biomarqueurs potentiels pour le cadmium. Ces gènes ont été revalidés pour des concentrations de cadmium variant entre 10^-9 et 10^-6 M. L'étude sur la toxicité du cadmium menée sur le terrain a démontré que les algues restaient vivantes au cours de leur exposition en milieu naturel et étaient affectées au niveau de l'efficacité photosynthétique. Certains des biomarqueurs sélectionnés dans la première partie de ce projet ont été activés durant l'exposition sur le terrain.

Les interactions des particules colloïdales avec des espèces chargées ont été étudiées par des méthodes de diffusion de la lumière et des méthodes électrochimiques. Une étude sur l'agrégation et le comportement de l'accumulation de la charge des particules colloïdales de silice révèle un comportement qui est quantitativement en accord avec la théorie DLVO. Nous avons étendu cette dernière étude aussi en présence de simples électrolytes divalents. La structure de la couche de polyélectrolytes qui sont absorbés a été étudiée par la méthode de la diffusion de lumière dynamique et par celle de la diffusion de neutrons à bas angle d'incidence. Finalement, nous avons étudié les interactions entre les particules colloïdales et d'autres types de particules à charge opposée. Les valeurs de taux d'agrégation ont été mesurées par les méthodes de diffusion de lumières statique et dynamique en présence d'homo-agrégation.

Les formes réactives de l’oxygène (FRO) sont des médiateurs importants impliqués dans un grand nombre de processus physiologiques et pathologiques. Les NADPH oxydases (NOX) sont des enzymes spécialisées dans la production des FRO. La première NOX mise en évidence et la mieux étudiée est la NADPH oxydase de phagocytes (NOX2), composée d’un complexe catalytique transmembranaire, gp91phox et p22phox et de quatre sous unités cytosoliques régulatrices, p47phox, p67phox, p40phox et Rac2. La NOX2 est impliquée dans l’immunité innée. Récemment, six homologues de la NOX2 ont été identifiés dans diffèrents tissus et organes: NOX1, NOX3, NOX4, NOX5, DUOX1 et DUOX2. Toutes ces enzymes ont en commun un long domaine C-terminal qui contient les sites d’interaction pour le NADPH et le FAD et six hélices transmembranaires qui contiennent les sites d’ancrage pour deux hèmes. NOX5 contient en plus un long domaine N-terminal régulateur composé de trois sites de type "EF-hand " liant le Ca2+. DUOX1 et DUOX2 contiennent dans leur domaine N-terminal deux motifs EF-hand, une hélice transmembranaire supplémentaire et un domaine peroxydase extracellulaire. Cette étude porte sur la NADPH oxydase 5 (NOX5).

In this thesis, a rigorous theory of steady-state metal flux with one metal complex under both planar and spherical diffusions and ligand in-excess condition was firslty proposed. It was validated experimentally with Permeation Liquid Membrane (PLM) and metal complexes with different labilities. Dynamic parameter values have been compiled and theoretical approaches have been proposed to compute the missing parameter values. Dynamic metal speciation and metal fluxes of different metals to a planar perfect sink have been computed under typical natural freshwater conditions. The above results were compared to throse under the spherical diffusion and the same conditions.

Cette thèse propose une nouvelle méthode numerique de solution des problèmes de reaction-diffusion dans les milieux environnementaux. Le modèle développé considère deux processus de base: la diffusion et la réaction chimique. Le problème général étudié réside dans le fait qu'un très grand nombre d'équations de reaction-diffusion doit etre traité pour un meme métal M, dans une solution chimique qui contient un grand nombre de ligands et de complexes. En particulier, l'objectif spécifique est de calculer le flux du métal M sur une surface où il est consommé, telles que les sensors bioanalogiques et les micro-organismes, et d'étudier l'impact des différents complexes formés sur le flux de metal aux interfaces, dans les systèmes environnementaux. Cette thèse propose deux codes numériques pour calculer le flux de M: 1) MHEDYN: dans systèmes chimiquement hétérogènes; 2) BIODYN: en présence d'un ligand L dans des modèles de biofilms en 3D (système physiquement hétérogène.

A travers la modélisation, cette thèse a permis d'étudier des macromolécules naturelles et artificielles contenant des interactions non-covalentes clés. L'investigation des barils-[pi] simulant un mécanisme de photosynthèse artificielle a montré un réarrangement conformationnel important en présence de molécules intercalaires. La monocyclisation cation-oléfine, capitale pour la formation de produits naturels tels que les terpènes, a dévoilé à travers l'étude computationnelle une préférence pour le chemin réactionnel en conformation bateau avec le cyclopropane protoné comme intermédiaire clé. L'étude de transporteurs d'anions, à l'aide de baguettes-[pi] rigides à travers la membrane, a révélé une translation entre les monomères et la présence de différents types de sites pouvant accueillir les anions dans le canal. La modélisation des énergies d'association dans les complexes anion-[pi] a montré un parfait accord avec l'expérience concernant le type de sélectivité. La chimie computationnelle a donc permis d'évaluer, tester et calibrer différentes méthodologies pour expliquer les propriétés de macromolécules bio-organiques.

Ce travail de thèse touche une problématique typique de la toxicologie analytique médico-légale. Dans ce domaine, les matrices rencontrées sont le plus souvent très complexes et l'analyste doit développer des stratégies particulières afin de pouvoir effectuer les analyses avec succès.
L'originalité de cette étude réside dans l'utilisation de phases stationnaires monolithiques à la fois pour l'extraction et la séparation des benzodiazépines par LC-MS afin d'accélérer la cadence analytique. Au cours de ce travail l'accent a été mis sur le développement de nouvelles approches analytiques ainsi que sur la validation des méthodes développées. Enfin, un support d'extraction particulier, un polymère à empreinte moléculaire, a été synthétisé et caractérisé pour l'extraction sélective de benzodiazépines.

L'emploi des ligands de type phosphoramidite pour l'Addition Conjuguée Asymétrique (A.C.A.) catalysée par le cuivre d'espèces organozinciques (R₂Zn) ou organoaluminiques (R₃AI) sur des substrats disubstitués, cycliques ou acycliques, de géométrie exclusivement E ou Z, conduit à la formation d'adduits chiraux avec d'excellentes énantiosélectivités atteignant 99%. En outre, le caractère acide de Lewis de R₃AI permet une activation suffisante des substrats 2- ou 3-trisubstitués, et ainsi, l'obtention d'adduits cycliques possédant un centre quaternaire chiral avec une induction asymétrique atteignant 98% via l'A.C.A. catalysée par le cuivre. L'utilisation des énolates métalliques énantio-enrichis est étudiée aussi bien pour les systèmes di- que trisubstitués, avec notamment la formation d'acétates d'énol chiraux comme alternative à la synthèse d'éthers d'énol silylés. Enfin, l'utilisation ultérieure des adduits possédant un centre quaternaire chiral est envisagée afin de trouver diverses applications à la méthodologie développée, alors qu'une nouvelle réaction tandem d'hydroalumination-A.C.A. est mise au point.

Les complexes à chiralité planaire [Cr([êta]⁶-arène)(CO)₃] montrent une chimie riche et unique, et trouvent de plus en plus d'applications dans les domaines de la catalyse et de la synthèse de produits naturels. Dans le cadre de cette thèse, une nouvelle synthèse concise et fiable du complexe [Cr(CO)₃([êta]⁶-5,8-naphtoquinone)] (1) a été développée. Sa réactivité a été investiguée avec une attention particulière aux réactions asymétriques. Ces études incluent notamment le développement de nouveaux catalyseurs d'acylation asymétriques, des désymétrisations de meso-diols et de complexes dérivés de 1. L'obsevation du complexe tetralindione a mené à des recherches sur le couple de tautomers dihydroxynaphtalène/tetralindione, ainsi qu'à l'exploration des transformations dudit dione simple. La tetralindione est connue dans la littérature mais n'a jamais été utilisée en synthèse.

La substitution allylique est une réaction fondamentale pour la formation de liaison C-C. L'emploi de cuivre permet une version catalytique de cette réaction en présence de réactifs organométalliques. Cette thèse s'est axée sur l'utilisation plus spécifique de réactifs de Grignard (alkyle ou aryle) en présence de ligand chiraux phosphorés, tels que des phosphoramidites ou des phosphines amines. Notre méthodologie a été étendue à des substrats allyliques saturés, atteignant des excès moyens de 78% [ee], et à des oléfines électrophiles plus substituées (des systèmes β-disubstitués), qui ont permis un contrôle asymétrique quasi parfait de 99% [ee]. De plus, les substrats allyliques 1,4 dihalogénés sont de puissants inducteurs γ-spécifiques (pour réactifs alkyles ou aryles, jusqu'à γ :α=100 :1), et produisent des synthons chiraux versatiles avec des excès allant jusqu'à 94% [ee]. Ces derniers ont pu être dérivatisés par des procédés nucléophiles ou électrophiles sans perte de leur pureté chirale initiale.

La dynamique d'états excités de sondes fluorescentes placées dans des environnements biologiques et organisés a été étudiée par spectroscopie optique stationnaire et par spectroscopie laser femtoseconde. En particulier, l'influence de tels environnements sur des processus ultrarapides tels que la solvatation, la relaxation vibrationnelle, l'inhibition de fluorescence et la dépolarisation de fluorescence a été suivie. Les systèmes étudiés sont : ( 1) les protéines avidine et streptavidine au ligand naturel desquels, la biotine, différentes sondes fluorescentes ont été attachées ; (2) des intercalateurs d'acides nucléiques fluorescents en présence de différentes séquences d'ADN et d'ARN ; (3) des systèmes photosynthétiques artificiels composés de 32 chromophores identiques qui s'autoassemblent dans des membranes lipidiques. Les nombreux exemples expérimentaux permettent de démontrer la puissance de la spectroscopie de fluorescence femtoseconde en tant qu'outil pour obtenir des informations sur l'environnement local de sondes fluorescentes et ainsi des informations structurales sur des macromolécules d'intérêt biologique.

Une bibliothèque de 8 baguettes a été analysée afin de déterminer la capacité de chaque molécule à transporter les anions sélectivement. Les molécules ont montré une activité de transport variable en fonction de leurs groupements terminaux hydrophobes ou hydrophiles qui influent sur leur solubilité dans l'eau et dans les membranes ainsi que leur orientation dans les membranes.
Les résultats obtenus sont en faveur d'interactions anion-[pi] entre les unités NDI des baguettes et les anions. Le baril-β LHRHL à baguettes rigides est innovant.
Contrairement aux précédents barils artificiels, il s'ouvre en réponse à une stimulation chimique: la liaison d'anions amphiphiles aux origines externes. De plus, le blocage du pore a été observé en présence d'acide polyglutamique et d'héparine. Le pore permet de suivre "en direct" une estérolyse comme s'il était possible de voir les molécules réagir dans le milieu réactionnel.

Le présent travail porte sur le développement des méthodes d'analyses, l'investigation et l'étude du contenu en alcaloïdes tropaniques de cinq des douze espèces endémiques du Chili appartenant au genre "Schizanthus" (Solanaceae). Les investigations ont montré que les espèces "S. grahamii" et "S. tricolor" renferment de nombreux alcaloïdes, surtout des isomères de position et de configuration de masses moléculaires allant de 141 Da à 920 Da. Dans l'extrait des parties aériennes de "S. tricolor", 72 alcaloïdes ont pu être mis en évidence et 15 d'entre eux ont été identifiés. Durant ce travail 13 alcaloïdes, dont 6 nouveaux, ont été isolés et caractérisés. Plusieurs méthodes chromatographiques telles que la TCL, la GC-MS, la LC/UV-MS et la CE/UV-MS ont été employées pour la séparation, l'identification et l'isolement de constituants des extraits végétaux. Des techniques spectroscopiques et spectrométriques (RMN, HRMS, UV, IR, CD et [α]) ont été utilisées pour la caractérisation des alcaloïdes isolés.

Une nouvelle méthodologie d'auto-assemblage a été développée, permettant à des amines et des aldéhydes de se condenser quantitativement en imines par action template de cuivre (I), formant des liaisons réversibles covalentes (C=N) et de coordination (N-Cu). Des architectures complexes ont pu être obtenues, telles qu'une grille, un caténate, des hélicates, un macrocycle et un semi-macrocycle. Ces structures peuvent être réorganisées en une autre topologiquement différente en agissant sur des facteurs simples: le pH, la nucléophilicité et la rigidité des sous-composants, et le nombre de valence préféré. L'induction de chiralité au sein de ces complexes a été étudiée et dépend fortement du solvant utilisé. Grâce à ses propriétés dynamiques, un seul couple d'énantiomères d'un hélicate a pu être isolé par cristallisation parmi un mélange de six paires diastéréomériques d'énantiomères. Le bore peut également servir de template. Les paramètres dirigeant la formation d'esters iminoboroniques ont été déterminés, permettant la formation d'architectures réarrangeables

L'objet de cette thèse est le développement de nouvelles approches en chimie analytique. Elles combinent un spectomètre de masse hybride de type triple quadripôle-trappe d'ions linéaire avec différentes techniques d'ionisation, comme l'électronébulisation à bas débit avec des microchips en silicium et en plastique, et la désorption-ionisation par électrospray (DESI). Différentes applications en analyse pharmaceutique, toxicologique et chimique sont décrites. Ces approches mettent en évidence une nouvelle possibilité d'effectuer des analyses simultanément qualitatives et quantitatives sur des composés à l'état de traces dans des matrices biologiques. L'analyse par infusion à l'aide de microchips apporte une réduction du temps d'analyse, sans le temps requis pour un développement de méthode chromatographique. La technique DESI permet des analyses qualitatives en conditions ambiantes, sans préparation préalable de l'échantillon. Les possibilités de ces applications en termes de spécificité, sensibilité et quantification sont évaluées et montrent leurs grands potentiels.

Les stérols sont les composants lipidiques majoritaires chez les eucaryotes, et comprendre leurs fonctions au niveau de la membrane plasmique est très important. Néanmoins, la différenciation du rôle des stérols formateurs de microdomaines de celui lié à leur structure spécifique n'est pas encore évidente. Afin de mieux répondre à cette question, nous avons créé un portofolio des souches stables, chacune produisant une espèce de stérol différente (le cholestérol, le campestérol, le 7-dehydrocholestérol et le desmostérol), ainsi qu'un portofolio de mutants de la voie de synthèse de l'ergostérol. Ces souches nous ont révélé que le cholestérol peut promouvoir la formation de microdomaines membranaires chez la levure et que la protéine Pdr12p exige, pour son fonctionnement, des structures spécifiques de l'ergostérol. De plus, nous avons montré que la composition cellulaire des stérols influence celle des phospholipides et des sphingolipides et que stérols et sphingolipides ont des interactions fonctionnelles.

Les bases à longues chaines sont des intermédiaires métaboliques de la voie de synthèse des sphingolipides. Elles sont impliquées dans diverses fonctions cellulaires et la perturbation de leur niveau peut être la source de diverses pathologies ; ce qui suppose une régulation fine de ces niveaux dans la cellule. Chez les mammifères, la sphingosine-1-phosphate lyase est l'enzyme-clé pour contrôler le niveau des bases à longues chaînes. Hautement conservée à travers l'évolution, son homologue chez la levure, Dpl1p, est l'enzyme modèle pour découvrir les caractéristiques structurales essentielles à sa fonction. Notre étude a permis d'identifier les résidus-clé du site actif de Dpl1p, et de découvrir que la fonction de Dpl1p dépend de sa capacité à s'homo-oligomériser via son domaine transmembranaire. De plus, Dpl1p est régulée post-traductionnellement par la kinase Pkh2p. Notre travail a ainsi contribué à une meilleure connaissance de la régulation par Dpl1p des bases à longues chaînes.

Cette thèse porte sur le développement et l'utilisation de modèles numériques du type Lattice Boltzmann, sur réseau en deux et trois dimensions pour l'étude des propriétés hydrodynamiques d'agrégats fractals. Ainsi par simulations numériques l'influence des propriétés géométriques et hydrodynamiques sur les vitesses de sédimentation d'agrégats colloïdaux de type fractal est établie. En particulier nous nous focalisons sur la relation entre le rayon hydrodynamique et le rayon de giration des agrégats qui permet de calculer des vitesses de sédimentation. Les choix concernant la paramétrisation de nos modèles, en terme de déplacement de fluide, de géométrie de réseau, d'importance des conditions périodiques, de sources d'erreurs liées par exemple à la discrétisation des agrégats, sont discutés en détail. Nous démontrons que le rapport du rayon hydrodynamique sur le rayon de giration n'est pas sensible à la masse des agrégats et que la connectivité des agrégats joue un rôle primordial sur les propriétés hydrodynamiques d'agrégats fractals.

La luminescence du Sm²⁺ en fonction de la température et de la pression a été étudiée sur les composés de Sm²⁺:SrAIF₅, BaMgF₄, BaFBr, SrFBr, BaFl et BaFCl. Dans le cas des composés MFX, les déplacements des bandes de luminescence intraconfigurationnelles ⁵D₀,₁->⁷F₀,₁,₂ observées sous pression sont environ trois fois plus important que ceux observés pour les raies R₁ et R₂ du rubis. La comparaison des spectres d'excitations pour ces mêmes composés montre que la position du plus bas niveau de la configuration excitée 4f⁵5d¹ se déplace vers les basses énergies lorsque la taille du site de dopage occupé par les Sm²⁺ diminue. Nous avons montré l'analogie entre pression physique et pression chimique Les spectres de luminescence et plus particulièrement le nombre de bandes ⁵D₀->⁷F₀ du Sm²⁺:SrAIF₅ ont confirmé la présence de quatre sites cristallographiques Les spectres d'émission des composés Sm²⁺:SrFBr et Sm²⁺:BaFBr ont permis de déterminer les paramètres de Slater et les paramètres de champs cristallins.

Nous nous intéressons en premier lieu à la chimie du cuivre en réalisant des additions conjuguées avec des organozinciques catalysées par un sel de cuivre et des ligands phosphoramidites. Nous sommes surtout intéressés par l'énolate de zinc qui en résulte qu'on va piéger avec différents électrophiles. Par la suite, nous nous pencherons sur les substitutions allyliques catalysées par l'iridium et des ligands phosphoramidites.
Deux sujets qui peuvent paraître bien différents, cependant ils ont le point commun de créer sur une double liaison un nouveau centre stéréogénique par une catalyse asymétrique, à l'aide d'un métal de transition et de ligands phosphoramidites. De plus pour nos piégeages, nous utiliserons certains électrophiles comportant un groupe partant en position allylique; nous pourrons donc considérer qu'il s'agit également d'une sorte de substitution allylique réalisée par l'énolate de zinc.

Ce travail de thèse traite de l'auto-assemblage de composants de ligand et d'ions métalliques pour donner des complexes métallo-organiques. La construction de ces structures passe par la formation simultanée de deux types de liaisons: la liaison covalente imine (C=N) et la liaison de coordination métal-ligand (N->M). Contrairement à la synthèse organique classique qui repose sur des transformations irréversibles et qui a lieu sous contrôle cinétique, l'auto-assemblage moléculaire dirigé par l'effet "template" des ions métalliques se déroule sous contrôle thermodynamique et conduit le système vers la formation des produits les plus stables, souvent avec des rendements quantitatifs. Par conséquent, l'auto-assemblage moléculaire est non seulement un moyen rapide et efficace de construire des assemblages supramoléculaires complexes, irréalisables par chimie covalente classique, mais il permet aussi aux structures ainsi formées de se réarranger de façon dynamique via des réactions de substitution

Nous sommes dans "l'âge d'or" de l'organocatalyse, qui est désormais reconnue comme un outil efficace pour la préparation de composés optiquement actifs.
Durant cette thèse, nous avons développé de nouvelles amines comme organocatalyseurs pour l'addition conjuguée asymétrique (ACA). Concernant l'ACA sur les nitrooléfines, nous avons élargi la gamme de substrats donneurs aux cétones α-hétérosubstituées, avec des énantiosélectivités jusqu'à 98%. Puis nous avons développé une nouvelle classe d'organocatalyseurs dérivés de la 3,3'-bimorpholine pour l'ACA d'aldéhydes sur les nitrooléfines (jusqu'à 90% ee).
Nous avons aussi varié l'accepteur de Michael en utilisant des sulfones et phosphonates vinyliques, et mis au point les premières réactions d'ACA organocatalytiques inter- et intramoléculaires de cétones et d'aldéhydes permettant l'obtention de synthons chiraux, hautement fonctionnalisables, avec une induction asymétrique atteignant 99.9% ee.
Enfin, l'utilité des micro-ondes a été démontrée pour diverses réactions organocatalytiques

Ce travail porte sur le développement et l'utilisation de simulations numériques du type Monte Carlo pour l'étude, dans différentes conditions physico-chimiques, des conformations et propriétés acide/base de chaînes de polymère chargées et isolées (polyelectrolytes faibles, hydrophobes et polyampholytes), et en présence de nanoparticules de charges opposées.
Il est clairement démontré que les polymères peuvent être utilisés pour stabiliser ou fonctionnaliser des nanoparticules et que la présence d'une ou plusieurs nanoparticules peut largement perturber leurs propriétés. Ce travail démontre entre autres dans quelle mesure la formation de complexes modifie les propriétés conformationnelles et acide/base de chaînes chargées, et permet de rendre compte de la structure des complexes formés.
Après une introduction au monde fascinant des polymères, techniques de simulations et modèles, les résultats sont présentés sous forme de sept publications originales qui constituent la partie centrale de ce travail. Elles sont accompagnées d'introductions substantielles afin de les présenter de manière cohérente.

L'étude d'une série de structures cristallines composées de sels de benzimidazole et de différents anions a permis de montrer qu'à l'état solide, les unités benzimidazole s'empilent avec une régularité permettant de les considérer comme des synthons au sens de Desiraju, et dès lors de s'en servir pour associer à l'état solide des molécules.
Une étude théorique a permis de montrer que la méthylation de l'unité benzimidazole permet d'en bloquer la conformation en empêchant la libre rotation. D'autre part, le choix de l'espaceur organique portant les unités benzimidazole permet d'imposer une orientation relative des synthons. Ces deux paramètres additionnés permettent le contrôle de la conformation de cation et ainsi de la dimensionnalité de la structure cristalline obtenue.

L'étude du transport nickel par l'algue unicellulaire "Chlamydomonas reinhardtii" a été utilisée dans ce travail afin de quantifier les facteurs physico-chimiques influençant sa biodisponibilité, et donc sa toxicité, dans les eaux douces naturelles. La spéciation des métaux traces joue un rôle clef dans leur biodisponibilité. Ainsi, une technique d'analyse par échange d'ion sur résine a été optimisée dans ce travail pour la mesure de la fraction non complexée de métal, [Ni²⁺]. L'influence de complexes hydrophiles, lipophiles (e.g. diethyldithiocarbamate) et amphiphiles (e.g. substances humiques) sur la spéciation et sur la prise en charge du métal, a été étudiée. Les résultats montrent que l'ion libre et les fractions lipophiles sont biodisponibles pour "C. reinhardtii". La biodisponibilité du Ni²⁺ est modulée par la dureté de l'eau (Ca²⁺ et Mg²⁺) et la présence d'autres cations, notamment Cu²⁺, Zn²⁺ et AI³⁺

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit décrit la synthèse, la réactivité ainsi que les applications des complexes arène chrome tricarbonyle. Tout d'abord l'addition de différents nucleophiles sur la fonction benzaldimines a été étudiée. Cette addition a été observée si des nucleophiles simples sont mis en jeu et la fonction imines activée par des acides de Lewis ou nitrone. Ce travail de thèse présente également trois approches différentes vers la synthèse de la (+)-vertine. L'approche la plus réussie implique le complexe benzaldimine chrome tricarbonyle dans une réaction de aza-Diels-Alder, suivie par réaction de Suzuki, qui fournit le composé aldehyde-biphenyle. L'oléfination d'une fonction aldehyde suivie de la réduction diastereoselective de la fonction cétone fourni le composé acide-alcool. La réaction de macro-cyclisation, menant à la formation de la vertine, n'a pas abouti.

Ce travail de thèse décrit la synthèse, la résolution et les applications d'un nouvel anion du phosphore héxacoordiné énantiopure, appelé TTN, capable de coordiner des métaux "via" son unité pyridine. L'anion TTN a montré son potentiel en tant qu'agent de (i) dérivation chiral, (ii) résolution et (iii) stabilisation chimique. L'anion TTN exerce un niveau de stéréocontrole sans précédent sur les complexes de type tabouret de piano du CpRu(II) concernant (i) la chiralité au métal (r.d. = 96:4) et (ii) la chiralité axiale (r.d. > 98:2). De plus, l'anion TTN agit en tant que stabilisateur de composés organométalliques du Cu(I) et CpRu(II) les rendant insensibles à l'air et l'humidité. La remarquable lipophilie des zwitterions générés permet leur recyclage après plusieurs cycles catalytiques. L'anion TTN permet d'isoler un complexe bimétallique de Ru(II) actif en catalyse (r= 85%) et très sélectif (ee = 85%) pour le réarrangement de Carroll énantiosélectif.

Cette thèse concerne principalement une implémentation numérique de la formulation de la méthode de la fonctionnelle de la densité basée sur les sous-systèmes (SFDFT) dans le logiciel deMon. En utilisant cette nouvelle implémentation, des investigations théoriques sur la méthode SFDFT, le développement des algorithmes numériques (l'intégration sur la grille et le calcul de la répulsion Coulombienne entre les électrons), des calculs sur les systèmes de référence pour mesurer la performance de la méthode et une application pour le mécanisme d'une réduction enzymatique par la "Desulfovibrio desulfuricans" nitrate réductase ont été effectués. De plus, deux études "standards", en utilisant la méthode de Kohn-Sham dans le domaine des modélisation des spectres IR et Raman ont été effectués.

Membrane traffic in the endocytic pathway is regulated by members of the Rab family of small GTPases, which control sorting and trafficking at specific transport steps. Rabs are themselves controlled by GTP-GDP exchange and GTP hydrolysis as well as by membrane-cytosol cycles. This latter cycle depends on GDI, a protein that extracts Rab proteins from donor membranes, escorts them in the cytosol and loads them back into the appropriate target membrane. We characterized two separate, but presumably complementary, pathways that control the membrane-cytosol cycle of endosomal RabGTPases, depending on the membrane cholesterol content and the redox state, respectively. Further, regulation of Rab cycling determines Rab functions. Thus, our results indicate that membrane traffic can be controlled by signaling pathways.

Depuis 1993, l'addition conjuguée asymétrique catalysée par le cuivre a connu un énorme essor. Notre groupe a grandement contribué à la recherche dans ce domaine développant de nouvelles conditions et de nouveaux ligands phosphoramidites.
Les systèmes catalytiques du cuivre développés pour l'addition conjuguée sur les énones se sont rapidement montrés performants sur d'autres accepteurs de Michael.
Le but de cette thèse a été la recherche de nouveaux substrats exploitables avec notre système catalytique. Trois nouveaux types de substrats ont pu être mis en évidence: les aldéhydes α,β-insaturés, les vinyls cyclopropanes malonates et les alcènes 1,2 diesters tendus.
Les alcènes 1,2 diesters ont retenu notre attention et les conditions opératoires ont été optimisées pour finalement obtenir des excès énantiomériques s'élevant jusqu'à 94% sur la formation d'un centre quaternaire. Le travail a été poursuivi jusqu'à obtention de la configuration absolue de ce centre par diffraction de rayons X.

Un défi majeur de la psychopharmacologie actuelle est de mieux comprendre la variabilité inter-individuelle, afin de permettre une approche individualisée de la thérapeutique. La thèse a pour objectif de quantifier cette variabilité, d'en identifier les déterminants et d'investiguer la relation entre exposition au médicament et effet thérapeutique. Après une revue des facteurs de variabilité pharmacocinétiques, pharmacodynamiques et cliniques, l'intérêt du monitoring thérapeutique pour la détection d'interactions médicamenteuses est discuté. La concentration systémique d'un antipsychotique, l'olanzapine, est investiguée quant à l'effet cumulatif de différents facteurs. Un modèle de population, intégrant la molécule-mère et trois métabolites, est développé pour l'étude du métabolisme de la clomipramine, un antidépresseur tricyclique. Pour un antidépresseur plus récent, la venlafaxine, l'hypothèse d'un métabolisme stéréosélectif est d'abord étudiée sur la base d'un modèle. La relaiton entre concentration et effet thérapeutique est ensuite investiguée, l'accent étant placé sur la vitesse de réponse. Quelques conclusions et perspectives sont finalement énoncées.

Le travail exposé dans ce manuscrit de thèse aborde la synthèse de nouvelles amines chirales et leur utilisation en catalyse asymétrique. En première partie est décrite la préparation de différentes structures aminées imidazolines, amines secondaires de symétrie C2 et diamines tertiaires. Dans la deuxième partie, les ligands chiraux N,N ainsi synthétisés sont exploités en tant que catalyseurs de l'addition énantiosélective d'organolithiens sur des imines. Dans le cas des aryllithiens, des excès énantiomériques pouvant atteindre 94% ont été obtenus avec des diamines tertiaires 1,2 tétraméthylées. Il a par ailleurs été montré que les ligands de pseudo-symétrie C2 étaient tout aussi efficaces que leurs analogues de symétrie C2, ouvrant ainsi des perspectives concernant le "design" de nouveaux ligands et leurs applications .

Many pathogenic organisms produce poreforming toxins as virulence factors. Target cells however mount a response to such membrane damage. Here we show that toxin-induced membrane permeabilization leads to a decrease in cytoplasmic potassium, which promotes the formation of a multiprotein oligomeric innate immune complex, called the inflammasome, and the activation of caspase-1. Further, we find that when rendered proteolytic in this context caspase-1 induces the activation of the central regulators of membrane biogenesis, the Sterol Regulatory Element Binding Proteins (SREBPs), which in turn promote cell survival upon toxin challenge possibly by facilitating membrane repair. This study highlights that, in addition to its well-established role in triggering inflammation via the processing of the precursor forms of interleukins, caspase-1 has a broader role, in particular linking the intracellular ion composition to lipid metabolic pathways, membrane biogenesis, and survival.

Le composé métallique tridimensionnel [Rh(bpy)₃][NaCr(ox)₃]ClO₄ permet de faire une distinction claire entre la migration d'énergie résonante et celle assistée par phonons dans l'état excité ²E du Cr³⁺, ces deux processus étant en compétition entre 1.4 K et 6 K. Nous avons montré que la probabilité de transfert d'énergie résonante est indépendante de la température. La probabilité de transfert d'énergie assisté par phonons est fortement dépendante de la température et nécessite une énergie d'activation moyenne de 8 cm⁻¹ qui est indépendante de la concentration en chrome. Un mécanisme supplémentaire de transfert d'énergie quasi-résonant, qui provoque un élargissement des raies en fonction du temps, a été mis en évidence. La dépendance en température de la largeur de raie homogène provient essentiellement du processus à un phonon. Enfin, la mesure de la largeur de raie résiduelle qui provient majoritairement des interactions spin-spin a permis de déterminer que le rayon critique de Förster, R[c souscrit], évolue entre 34 et 60 Å.

Ce travail est une étude génétique de la sécrétion des protéines dans "E. coli". La toxicité d'une séquence signal eukaryote a permis d'isoler un grand nombre de suppresseurs. Nous avons étudié les suppresseurs localisés dans le gène "secA". La première partie du travail a permis de définir que ces mutations affectent essentiellement l'interaction entre séquence signal et transclocase. Dans une deuxième partie, afin de mieux caractériser le "phénotype azide", ces allèles de "secA" ont été combinés avec des allèles de "secY" et "secG". Le résultat majeur de cette étude est que la translocase fonctinne "in vivo" dans un état multimérique. La dernière partie est consacrée à un type nouveau d'interactions génétiques entre les composants de la translocase. L'ensemble des résultats suggère que la reconnaissance de la séquence signal se fait en plusieurs étapes et nécessite un état multimérique de SecYEG, en accord avec l'interprétation proposée ci-dessus.

Ce travail de thèse m'a amené à être confronté à des phénomènes de rotations restreintes autour de liaisons sp³-sp². L'association de cations triarylalkylphosphoniums avec des anions phosphates hexacoordinés énantiopurs a permis l'observation d'un "stéréocontrôle supramoléculaire" et la preuve du mécanisme exact d'énantiomérisation du cation trimésitylméthylphosphonium. Par ailleurs, une nouvelle méthode très générale et efficace de dédoublement des cations [4]hétérohélicéniums a été développée par le biais d'une approche covalente avec le greffage d'un sulfoxyde énantiopur comme auxiliaire chiral sur les copules cationiques. La régénération des cations sous forme énantiopure a permis de découvrir une nouvelle voie mécanistique de la réaction de Pummerer (fragmentation). Enfin, l'addition de groupements aryles et pyridyles sur les cations [4]hétérohélicéniums a donné lieu à l'obtention d'une nouvelle classe d'atropoisomères autour d'une liaison C(sp³)-C-(sp²).

Dans cette thèse, la synthèse et la caractérisation de la barrique β LHLKL a été présentée. Le criblage de différents nucléotides avec le pore LHLKL a révélé une reconnaissance remarquable pour les triphosphates. La discrimination observée entre l'ATP et l'ADP a été à la base de la détection de plusieurs composés responsables du goût dans certains aliments. En utilisant différentes enzymes en tant que co-senseur, la quantification du sucrose, du lactose (goût sucré) et de l'acétate (goût acide) dans plusieurs boissons a été possible. La détection à l'"oeil nu" a permis de différencier le Coca Cola du Coca Light. L'introduction d'un amplificateur CB-hydrazide a permis la détection du lactate et du citrate. Le développement de méthodes de détection en utilisant l'approche "ATP/ADP" et "amplificateur CB-Hydrazide" a démontré la possibilité de l'utilisation de barriques β dans la quantification de plusieurs substances dans les aliments.

Une synthèse multicomposants de pyrrolidines hautement substituées en présence de base et de Palladium (0) a pu être réalisée de façon très efficace (hauts rendements et stéréosélectivités) en mettant en jeu différents accepteurs de Michael, amines, et composés halogénés. La synthèse en milieu aqueux de complexes de chrome tricarbonyle accepteurs de Michael a été réalisée. Avec un alcoolate ou un amidure en présence de Cuivre (I) ou de Palladium (II), ces accepteurs participent à la cyclisation hautement stéréosélective de furanes et pyrrolidines. Ces cycles ont été décarboxylés sans purification intermédiaire en ajoutant de la soude. La mise en jeu de complexes de chrome énantiomériquement enrichis, dérivés du benzaldéhyde chrome tricarbonyle dans la synthèse des accepteurs de Michael, conduit à la synthèse d'accepteurs énantiomériquement enrichis. Un de ces acccepteurs a permis l'obtention de furanes énantiomériquement enrichis lors de la réaction de cyclisation précédente.

In this thesis project, we studied the roles of the X-mental retardation proteins PAK3 and ARHGEF6 in the post-synaptic regions of rat hippocampal CA1 and CA3 neurons. We demonstrate that knock-down of PAK3 and over-expression of dominant negative PAK3 results in a spine phenotype consisting of abnormally elongated spines and filopodia-like protrusions accompanied by a decrease in mature spines. We further demonstrate that the knock-down of ARHGEF6, known to act upstream of PAK3, results in a similar spine phenotype. This abnormal ARHGEF6 knock-down spine phenotype could be rescued by simultaneous over-expression of constitutively active, but not a wild type, PAK3. Together these results indicate that both ARHGEF6 and PAK3 are implicated in the regulation of dentritic spine morphogenesis and that ARHGEF6 and PAK3 are implicated in the regulation of dentritic spine morphogenesis and that ARHGEF6 influences spine morphology by acting upstream of PAK3.

L'objectif premier de cette thèse était d'identifier des protéines impliquées dans la plasticité neuronale et de comprendre, au niveau moléculaire, par quels mécanismes l'activité neuronale pourrait influencer la plasticité neuronale. Pour aborder cette étude de manière non biaisée et exhaustive, nous avons opté pour la technique ADDER (amplification of double stranded cDNA end restriction fragments), une variante récente du classique differential mRNA display. Le consensus actuel veut que le programme génétique et l'activité neuronale contribuent de façon majeure à l'organisation des circuits neuronaux. Parmi les molécules qui assurent la jonction entre ces deux types d'influences, on compte un grand nombre de protéines transmembranaires capables d'interaction homo- et hétérophiliques, les CAM ou molécules d'adhésion cellulaire. Nous avons choisi de travailler sur deux membres caractérisés de la famille des CAM, Necl-3 et Necl-4.

In this thesis, interactions between surfaces with adsorbed highly branched polyelectrolytes were studied with the colloidal probe technique. By studying the adsorption behavior of highly branched polyelectrolytes, the lateral distribution of the surface charge could be tuned by the appropriate adsorption conditions. By choosing different polyelecrtrolytes, namely highly branched poly(ethylenimine) (PEI) and poly(amido amine) (PAMAM) dendrimers, it was possible to investigate the forces between homogeneously charged layers, as well as surfaces compodes of charge patches where both the patch size and the distance between them could be tuned. The output of the force measurements allowed not only to know its dependence on the surface charge heterogeneity, but also some properties of the individual adsorbed polymers.

Le but de cette thèse est de contribuer à une meilleures compréhension des différents processus ultrarapides impliqués durant les premiers instants de vie d'états excités de plusieurs systèmes moléculaires. Le principal sujet de ce travail est l'étude de la dissipation d'énergie en phase condensée en suivant la dynamique de fluorescence précoce du pérylène et de ses dérivés. Nos résultats démontrent clairement que la modification de la force de l'interaction soluté-solvant n'a pas d'effet important sur les vitesses de relaxation vibrationnelle. La dynamique plus rapide observée avec le méthanolpérylène dans des solvants protiques est le seul cas dans lequel la présence d'une interacton soluté-solvant spécifique semble avoir un effet significatif sur l'efficacité de la relaxation vibrationnelle. Un modèle simple fondé sur la séparation de la redistribution vibrationnelle intramoléculaire et du refroidissement vibrationnel n'est pas suffisant pour expliquer la dynamique ultrarapide de relaxation vibrationnelle de grandes molécules en phase condensée.

Dearomatization of [Cr(arene)(CO)₃] complexes by sequential regio-selective and diastereo-selective addition of a nucleophile followed by an electrophile gave substituted cyclohexenones. The presence of protons ortho to the methoxy group in [Cr(anisole)(CO)₃] is shown to be potential source of problem. Therefore we sought to introduce a synthetic equivalent of the proton (trimethyl silyl) at the two ortho positions to prevent ortho-metalation. The use of [Cr(CO)₃(di-o-TMS-anisole)] complex as starting complex allow to add different nucleophiles and electrophiles followed by hydrolysis gave α,β-unsaturated disubstituted cyclohexenones with improved yield. Trans-cyclohexenones with unsaturated side chains, in the dearomatization of [Cr(CO)₃(di-o-TMS-anisole)], are used in ring closing metathesis (RCM) reactions. The obtained cyclohexenones in combination with RCM gave rapid access to fused and bridged carbocycles. Finally, an attempt has been made to form nitrogen ylides at the benzylic position starting from [Cr(benzyl chloride)(CO)₃]. Trapping of this ylide with t-butyl acrylates affords the corresponding cyclopropane.

L'utilisation d'γ-aminophenols comme syntons pour la synthèse de nouveaux ligands a conduit à la formation de quatre ligands chiraux de mono- à tetradentés: un phosphoramidite, un ligand de type [ONNO], un trisphenolamine et un nouveau ligand "NHC" de symétrie C₂. Le phosphoramidite conduit à un excès énantiomérique de 37% pour l'hydrosylilation asymétrique du système. Le premier ligand chiral trisphenolamine a permis d'obtenir un ferratane optiquement pur. Grâce à un réseau de collaboration, ce ligand a pu être testé dans des réactions de sulfoxidation asymétriques supportées par le titane. Le résultat le plus prometteur a été obtenu avec le ligand carbène utilisé dans la version asymétrique de l'arylation intramoléculaire d'une amide, catalysée par du palladium. Ce système donne des excès énantiomériques jusqu'à 93%

Le présent travail étudie les propriétés d'électrodes semi-conductrices en bioxyde de titane et trioxyde de tungstène permettant la photo-électrolyse de l'eau et/ou la photo-dégradation de substances organiques. Ces électrodes constituées de nano-particules d'oxydes forment des couches mésoporeuses de quelques microns d'épaisseur. Grâce à une grande surface de contact entre l'oxyde semi-conducteur et la solution, ces électrodes permettent d'atteindre des photo-courants d'oxydation particulièrement élevés. Dans le cas des électrodes en WO₃ sensibles à la lumière visible, ce résultat a été atteint grâce à l'optimisation du procédé de synthèse du colloïde - précurseur de l'oxyde semi-conducteur. L'étude a porté sur la distribution de potentiel et le transport de charge à travers ces photo-électrodes tri-dimensionnelles et sur la variation de leur réponse spectrale en fonction de l'épaisseur de la couche d'oxyde.

L'introduction, dans des mésophases d'objets moléculaires isotropes possédant une grande expansion spatiale, est un défi particulièrement ambitieux. Les ions lanthanides entrent dans cette catégorie d'objets par le fort encombrement de leurs polyèdres de coordination. Pour pouvoir pallier à cet inconvénient structurel majeur, il est nécessaire d'élaborer des ligands capables, après complexation aux ions lanthanides, de générer des complexes qui soient en adéquation avec les exigences structurelles des cristaux liquides. A cet effet, différents dérivés de l'unité tridentée 2,6-bis(benzimidazol-2yl)pyridine, tant hexacaténaires que dendritiques, ont été développés. Dans plusieurs cas, il a été démontré que les complexes formés sont mésomorphes. Sur la base d'études structurelles à l'état solide, en solution ainsi que dans les mésophases, des corrélations entre structure microscopique et propriétés macroscopiques ont été établies. En raison de leur symétrie sur l'échelle de temps RMN, certains complexes ont été utilisés pour montrer que l'approche de B. Bleaney est en accord avec le principe de Neumann et qu'elle modélise l'anisotropie paramagnétique à température ambiante par un développement en série de second ordre en fonction de l'inverse de la température.

Le développement de procédés énantiosélectifs utilisant des composés purement organiques comme catalyseur connaît un intérêt toujours grandissant. Le but de ce travail de thèse est de synthétiser de nouveaux catalyseur non-racémiques, dont la structure sera basée sur un motif de type diphényle azépine doublement pontés qui n'avait jamais été appliqué en organocatalyse. Après une étude configurationnelle de ce type de composés, nous avons démontré qu'il est possible en quelques étapes de synthèse d'obtenir des catalyseurs de type iminium pour l'epoxidation asymétrique d'oléfines ainsi que des catalyseurs de type ammonium pour la catalyse par transfert de phase. Dans les deux cas, le contre ion spécifique de ces cations joue un rôle primordial. Enfin, la synthèse et la résolution d'une autre classe de composés potentiellement intéressant pour la catalyse par transfert de phase, les diquats, a été effectuée.

Etude théorique, expérimentale et simulations informatiques du phénomène de transition de spin d'un composé de cobalt(II). Les propriétés thermodynamiques, magnétiques et optiques ont été expliquées au moyen de la mécanique quantique, de la théorie des groupes et de la théorie des perturbations.

Nous avons étudié un modèle de souris invalidée pour les 3 récepteurs β-adrénergiques. Ces souris présentent une augmentation de leur masse grasse, un défaut de sécrétion d'insuline, un taux élevé de glucocorticoïdes, une hausse d'expression hépatique de la PEPCK et, étonnamment, une sensibilité à l'insuline accrue. Leur consommation d'oxygène est inchangée après l'administration de leptine. Dans la deuxième partie du travail, nous avons montré une corrélation entre la glycémie et l'expression d'un facteur adipocytaire appelé résistine dans deux modèles d'obésité chez le rongeur, ainsi qu'une diminution de l'expression de la résistine par la leptine médiée par le système nerveux central et dépendant de la forme longue du récepteur à la leptine. Finalement, nous avons identifié un nouveau gène qui code pour une protéine sécrétée encore inconnue qui est exprimée préférentiellement dans le tissu adipeux blanc, dont l'expression est régulée par le système β-adrenergique et qui pourrait contrôler la sécrétion d'insuline.

Ce travail de doctorat est dédié à l'application de la théorie de la fonctionnelle de la densité à l'investigation de gros systèmes. Une première partie est consacrée à l'étude de l'adsorption gazeuse de CO et CO₂ dans la zéolithe ZSM-5. La modification des propriétés structurales et vibrationnelles des molécules sondes lors de l'adsorption a été étudiée à l'aide d'un formalisme fondé sur le partitionnement de la densité électronique du système, pour différents modèles de la zéolithe, et les résultats ont été comparés à ceux disponibles dans la littérature. Une seconde partie est consacrée aux calculs de propriétés structurales et spectroscopiques de composés organiques chiraux. La confrontation avec les données expérimentales a ainsi permis la détermination de configuration absolue et l'élucidation de mécanismes réactionnels.

Le but premier de ce travail a été la synthèse d'un tonneau [beta] comportant différents peptides. Cet objectif a été atteint en synthétisant (via couplages de Suzuki) une baguette octiphénylénique avec huit fonctions acides protégées par des groupements protecteurs orthogonaux. Ceci permet, entre autres, d'étudier la compression du site actif dans les tonneaux [beta]. Des hélices alpha ont ensuite été préparées afin de caractériser ce nouveau type de tonneaux. Ces hélices contiennent des séquences ayant jusqu'à dix-huit serines consécutives ce qui est impossible à préparer en utilisant les techniques de synthèse conventionnelles sur support solide. Cela a nécessité l'utilisation de pseudo-prolines et de serines protégées par un groupement trityle. Dans la dernière partie une nouvelle voie de synthèse générale est proposée afin de préparer des baguettes rigides en utilisant des dimères asymétriques possédant une fonction triméthyle silyle et un ester boronique.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit décrit la synthèse de nouveaux composés cycliques de type [6, n] de jonction Cis. Ces composés sont obtenus par une séquence de réactions commençant par la réaction de dearomatisation [Cr(arène)(CO)₃], pour finir par une fermeture de cycle par métathèse d'alcènes. L'obtention du système [6, 7] énantioenricihi a été possible via cette méthode. Par ailleurs ce travail de thèse présente deux applications concrètes de l'utilisation de la réaction de dearomatisation de complexes arène chrome en la synthèse de la structure centrale des Otteliones ainsi comme une approche synthétique a la structure centrale du Taxol.

Le présent travail de thèse est consacré à l'analyse phytochimique des alcaloïdes du tropane issus d'espèces végétales appartenant aux genres "Erythroxylum" et "Schizanthus". Le travail est composé de trois axes de recherche: - Etude fondamentale du processus de vaporisation en GC à l'aide d'observations visuelles et évaluation des techniques d'injections dans le cas de l'analyse de dérivés tropaniques - Analyse quantitative de la cocaïne et des calystégines dans 51 espèces du genre "Erythroxylum" originaires d'Amérique du Sud à l'aide de techniques d'extraction modernes (FMAE et SPME) et analyses par GC-MS - Caractérisation et analyse qualitative d'alcaloïdes tropaniques isomériques provenant d'espèces du genre "Schizanthus" endémiques du Chili par des méthodes d'identification en ligne telles que la GC-MS, NACE-MS et LC-UV-SPE-MS/RMN

Ce travail de thèse présente l'étude des complexes hétérométalliques [LnCr(L1)3]6+, [LnCr2(L7)3]9+ et [LnZn2(L7)]3]7+, formés par auto-assemblage avec les ligands L1; et L7. L'insertion de l'ion CrIII dans ces triples hélices a permis d'observer de nouvelles propriétés, dues à son inertie et à sa structure électronique. Les complexes [LnCr(L1)3]6+ sont luminescents et, suivant l'ion lanthanide utilisé, des conversions de lumière interviennent, par transferts d'énergie intramoléculaires du lanthanide vers le chrome, lorsque Ln=Eu ou Tb, ou du chrome vers le lanthanide, lorsque Ln=Nd ou Yb. L'inertie de l'ion CrIII a permis l'isolation des premiers complexes énantiomères de lanthanides, qui soient stables et luminescents sans posséder de centre stéréogénique: MM-[LnCr(L1)3]6+ et PP-[LnCr(L1)3]6+. Les complexes [LnM2(L7)3]7/9+, dans lesquels l'ion LnIII central est entouré par les deux ions de transition, promettent l'observation d'intéressantes propriétés, notamment lorsque M=CrIII, où la triple hélice est totalement inerte et possède trois centres luminescents.

Nous nous sommes intéressés aux étapes tardives de l'endocytose. Cette voie régule l'internalisation des molécules depuis la membrane plasmique jusqu'à leur destination finale à l'intérieur de la cellule. Le trafic des membranes au niveau de l'endosome tardif est très complexe et peu compris. Au début de ma thèse, un lipide atypique, l'acide lysobisphosphatidique (LBPA) a été découvert enrichi dans ce compartiment. Nous avons dû synthétiser le LBPA par voie organique, le lipide étant instable. A l'aide de cet analogue, nous avons étudié sa fonction. Le BLPA forme des domaines spécifiques dans les membranes internes de l'endosome tardif qui sont importants pour le trafic des molécules dans cette organelle. Ces études ont permis de montrer que sa structure est importante, de légères modifications altérant sa fonction. Nous avons trouvé des protéines interagissant avec ce lipide de manière spécifique et que l'intégrité des domaines LBPA était importante pour le transport du cholestérol.

En toxicologie médico-légale, l'approche analytique ne peut être réduite à une seule technique et la démarche appliquée se divise en plusieurs étapes successives: un dépistage permettant de déterminer les substances cibles, la confirmation de leur identité et finalement leur quantification. Ces analyses sont habituellement réalisées par chromatographie gazeuse couplée à un spectromètre de masse (MS). Il existe différents modèles de MS sur le marché, mais c'est un simple quadripôle (en mode impact électronique) qui est le plus souvent utilisé. Il est relativement exceptionnel d'être amené à travailler sur d'autres MS. L'objectif de ce travail est d'étudier, dans le domaine médico-légal, le potentiel de la trappe ionique comme détecteur pour l'analyse de toxiques (ex: cocaïne, nicotine et métabolites associés) par chromatographie gazeuse dans les matrices biologiques (ex: sérum, cheveux, salive). Pour ce faire, les différentes approches ont été étudiées afin d'évaluer avantages et incovénients de l'utilisation d'un tel MS.

Nous démontrons le rôle des canaux potassiques rectifiant entrants couplés aux protéines G (Kir3/GIRK) à plusieurs niveaux de l'addiction aux drogues. Notre première étude examine le rôle des GIRKs contrôlant l'excitabilité du système dopaminergique mésolimbique, impliquant ainsi les GIRKs dans le système de récompense et dans le désir compulsif associé aux drogues d'abus. Cette étude révèle que l'efficacité de couplage entre le récepteur GABA[B souscrit] (GABA[B souscrit]R) et les GIRKs est plus faible dans les neurones dopaminergiques que dans les interneurones GABAergiques de l'aire tegmentale ventrale (ATV), en raison de l'expression différentielle des sous-unités GIRKs. Cette différence permettrait d'expliquer les effets bidirectionnels des agonistes du GABA[B souscrit]R selon leurs concentrations et leurs affinités. Dans notre seconde étude, nous examinons le rôle des effecteurs du récepteur aux opiacés [mu] dans la dépendance et l'analgésie à la morphine. Nous proposons que les GIRKs jouent un rôle dans l'induction de la dépendance, mais pas dans l'analgésie.

Dus à leur richesse et leur variété chimique, les complexes métal-arène [pi] trouvent leurs applications comme catalyseurs, ligands chiraux ainsi que produits de départ pour des synthèses asymétriques. Cette thèse reporte nos nouveaux résultats sur la desymétrisation de complexes méso par une hydrogénolyse asymétrique catalysée par un complexe de Pd avec des ligands chiraux. Basés sur les travaux précédents, de nombreux ligands bidentates (P/P, P/N) ont été synthétisés et testés. De façon générale, ils conduisent à de faibles inductions asymétriques. Des ligands phosphoramidites apportent une meilleure induction asymétrique et permettent d'obtenir le complexe de chiralité planaire [Cr(1R-5-bromonaphtalène)(CO)₃] avec un bon rendement et une excellente pureté énantiomérique. Les résultats de la desymétrisation dépendent intimement des variations de structure des ligands phosphoramidites. Cette thèse détaille également les premiers résultats sur l'hydrogénolyse énantioselective d'analogues de complexes cationiques CpRu.

Ce travail de thèse constitue une étude du comportement photophysique de complexes de Ru(II) et de Pt(II) possédant des ligands [alpha], [alpha]'-diimine, et soumis à des effets de pression et de ligands. Ainsi, l'inclusion de complexes de ruthenium-tris(2,2'-bipyridine) dans des matrices rigides permet d'intervenir sur l'énergie des états électroniques du complexe, et essentiellement sur l'état quencheur d-d, alors déstabilisé en énergie. De nombreux paramètres photophysiques liés au peuplement de cet état quencheur ont pu être déduits. L'étude détaillée de complexes de Ru(II) et de Pt(II) avec des ligands aromatiques de tailles variables a permis de mettre en évidence l'existence d'interactions excimères complexes en phase solide, et de montrer que de très nombreux facteurs entrent en compte dans l'existence de ces interactions. Enfin, d'autres effets de ligands ont été étudiés sur des complexes de Ru(II) tris-bidentates, dont certains ont été utilisés comme précurseurs pour l'auto-assemblage de triple hélices hétéro-bimétalliques d-f.

Cette thèse a mis en évidence les changements conformationnels provoqués par la transformation d'un système diamagnétique en un système radicalaire et a montré comment ces changements affectent le comportement chimique du composé étudié. Une analyse par RPE/DFT a tout d'abord conduit à une description précise de la rotation d'un fragment GeH₂ autour d'une liaison C-Ge dans un système triptycene-GeH₂ piégé dans une matrice monocristalline. Une même étude conjointe RPE/DFT a ensuite permis de souligner l'importance des changements conformationnels sur la stabilisation d'intermédiaires réactionnels en solution. Nous avons ainsi déterminé la nature des interactions conduisant à la stabilisation du radical anion de di(m-silylphenylenedisiloxane). Le changement de conformation des espèces réduites avec le nombre d'électrons acceptés par la molécule a été mis en évidence dans le cas des diphosphaalcènes et d'un bis(diphosphène). Finalement, nous avons montré que le produit de réduction de la bis(3-phenyl-6-6(trimethylsilyl) phosphinine-2-yl)dimethyl dépend de la présence de cryptand.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit décrit la synthèse et la réactivité des complexes arène molybdène tricarbonyle. Tout d'abord, une voie de synthèse par échange d'arène a permis de synthétiser plusieurs complexes comportant un arène fonctionnalisé avec de très bons rendements. Une méthode par déprotonation d'arène a également été étudiée. Dans ce cas, la synthèse de complexes à chiralité planaire a été réalisée avec de très bons excès énantiomériques. Enfin, ce travail de thèse présente l'étude de l'addition séquentielle nucléophile/électrophile. Trois types d'électrophile ont été étudiés: halogénure d'alkyle, bromure d'allyle et chlorure d'acyle. Cette étude a permis de montrer qu'il existe des différences de réactivité et de sélectivité entre le Cr et le Mo. Plusieurs complexes intermédiaires de réaction ont ainsi pu être isolés.

La première partie de ma thèse a consisté à déterminer le rôle du corécepteur CCR5 dans la dégénérescence neuronale. Cette étude nous a permis de suggérer que le récepteur CCR5 a une activité double dans la dégénérescence neuronale de type inflammatoire : d'une part, la surexpression du récepteur CCR5 dans les cellules microgliales activées induit la sécrétion de Beta-chimiokines et d'autre part l'activation par ces mêmes chimiokines, du récepteur CCR5 exprimé dans les neurones entraîne la mort neuronale. La deuxième partie de ma thèse a consisté à déterminer le rôle du facteur de transcription Pax6 pendant la neurogénèse. Cette étude nous a permis d'identifier trois éléments dans le mode d'action du facteur de transcription Pax6 : l'établissement d'un phénotype neuronal via l'expression de gènes neuronaux tels la tubuline alpha3, l'établissement d'un phénotype post-mitotique probablement via l'expression de p21 et de p53 et son implication dans la morphologie et la migration cellulaire.

Ce travail est une étude des cyclisation cation-oléfine "in vacuo" et en solution modélisées aux niveaux quantiques. L'exploitation des surfaces d'énergie potentielle des cations cyclohexyles C₈H₁₅⁺ et C₈H₁₇O⁺ permet d'observer la présence des cations cyclopropanes protonés et [pi]-complexes. Les barrières d'activation, nécessaires pour former expérimentalement les produits de réaction, sont calculées en MP2/6-31G* et B3LYP/6-31G*. Les effets de substitutions sont ensuite analysée pour étudier la stabilité des cations engendrés par ces cyclisations. Une étude DFT comparative de carbocations polycycliques et d'une bicyclisation cation-oléfine démontre l'inadaptabilité du modèle de Declercq sur les cyclisations décrit dans ce travail, qui génèrent plutôt des cations tertiaires décalényles. L'étape finale de ce travail quantifie les barrières énergétiques de cyclisations cation-oléfines catalysées par l'anticorps 4C6. Sa structure aux rayons-X d'une très grande précision, fournie par le laboratoire du professeur K. Houk (UCLA), est adaptée pour un ancrage optimal de nos réactants préalablement modélisés "in vacuo" en DFT. Le mécanisme de catalyse a pu ainsi être décrit.

Les composées insaturés du phosphore dicoordonné se prêtent bien, à priori, à la stabilisation d'intermédiaires paramagnétiques électriquement chargés. Au cours de cette thèse, à l'aide de la spectroscopie RPE et de calculs DFT, nous avons exploré plusieurs voies permettant de moduler les propriétés redox de molécules contenant une liaison P = C. Nos investigations ont porté sur trois facteurs : le rôle de la nature des substituants organiques liés au carbone phosphaalcénique ; l'effet de l'incorporation d'un métal au voisinage de l'atome de phosphore ; les conséquences entraînées par la présence d'une deuxième fonction phosphaalcénique dans l'édifice moléculaire. Les interactions hyperfines obtenues expérimentalement et par calcul de chimie quantique montrent clairement que ces trois facteurs influent directement sur la délocalisation du spin. Ils peuvent même être combinés à l'intérieur d'un même système moléculaire.

Le but majeur de ce travail de thèse a été de mieux comprendre l'impact de la matrice extracellulaire sur la signalisation intracellulaire des cellules bêta, menant à une meilleure survies. D'autre part, nous avons montré que la matrice extracellulaire favorise la survie de la cellule bêta et que son impact sur l'activité de Akt/PKB et de ERK/MAPK est impliqué dans son effet anti-apoptotique. D'autre part, nous avons montré que cette matrice extracellulaire active le facteur de transcription NF-kB. NF-kB n'est pas impliqué dans l'effet anti-apoptotique de la matrice extracellulaire, mais est impliqué dans l'étalement des cellules et la réorganisation du cytosquelette d'actine induites par la matrice extracellulaire, ainsi que dans la sécrétion de l'insuline. Dans l'ensemble, ce travail de thèse a permis la caractérisaiton des voies de signalisation activées par la matrice extracellulaire et responsables d'une meilleures régulation de la sécrétion et survie des cellules bêta.

Le but de ce travail était d'établir un lien entre la biodisponibilité du cadmium et les effets biologiques chez l'algue verte unicellulaire "Chlamydomonas reinhardtii". La majorité des résultats obtenus dans des conditions relativement réalistes, notamment en ce qui concerne le pH, [Ca2+], et la présence de ligands organiques naturels permet de mettre en évidence que l'internalisation du Cd par "C. reinhardtii" pourra être prédite par les modèles basés sur les équilibres thermodynamiques des métaux traces près de la surface des microorganismes (Modèle de l'Ion Libre: MIL). Ceci implique que le MIL pourra être utilisé pour relier les concentrations ou la vitesse d'accumulation du Cd par "C. reinhardtii" aux concentrations de ce métal dans un système aquatique simple. Même si des déviations du MIL ont été observées pour des concentrations élevées de matière organique, de Cd et de proton, ces concentrations ne sont généralement pas représentatives de la majorité des milieux naturels.

Les tissus vivants répondent aux agressions par l'inflammation qui élimine les agents préjudiciables et initie la guérison des tissus lésés. Les dérèglements de l'inflammation entraînent des pathologies (polyarthrite rhumatoïde (PR), sclérose en plaques (SEP)). Les cytokines pro- (TNF, IL-1β) et anti-inflammatoires (sIL-1Ra), peuvent jouer des rôles salutaires ou délétères dans l'inflammation aiguë/physiologique ou chronique/pathologique. Dans l'inflammation chronique (PR, SEP) les cytokines sont induites par le contact cellulaire direct des monocytes/macrophages avec les lymphocytes T stimulés. Ce travail de thèse a démontré: 1) que l'interaction CD40L-CD40 n'était pas impliquée dans ce mécanisme; 2) que l'IFNβ (traitement de la SEP et la PR) orientait les monocytes vers une fonction anti-inflammatoire dans des conditions d'inflammation chronique, mais pas aiguë ; 3) que l'activation des P13Ks contrôlaient la transcription de sIL-1Ra par les monocytes quel que soit l'activateur ; et 4) que les P13Ks réprimaient la sécrétion d'IL-1β dans l'inflammation stérile ou infectieuse.

Ce travail porte sur l'étude du "neuronal calcium sensor-1" (NCS-1). Chez la levure, nous avons montré que la délétion de yeNCS-1 est létale et que NCS-1 d'origine humaine peut se substituer à cette fonction essentielle qui ne semble pas dépendre de l signalisation calcique par yeNCS-1. En plus de générer un mutant de délétion NCS-1δ chez la souris, nous avons produit deux lignées transgéniques de souris (Tg26 et Tg200) qui surexpriment NCS-1 dans des régions restreintes ou étendues du système nerveux. Cette surexpression induit une fatigue synaptique augmentée des motoneurones suggérant un accroissement du relâchement de neurotransmetteurs. Tg26 et Tg200 ont une LTP et une facilitation "paired-pulse" améliorée qui corrèlent avec les quantités de protéine NCS-1 dans l'hippocampe. Comme le révèlent deux modèles cognitifs, les souris Tg26 ont des performances mnésiques supérieures. Ces résultats indiquent que la signalisation via Ca2+/NCS-1 régule la plasticité synaptique et la mémoire par un mécanisme présynaptique.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux dommages paramagnétiques formés à partir de systèmes diamagnétiques de type R₃P-M(CO)₅ (M= Cr et Mo). Les études ont été effectuées à l'aide de la résonance paramagnétique électronique et les résultats ont été rationalisés à l'aide de calculs DFT. L'irradiation aux rayons-X, à température ambiante de ces complexes de phosphines provoque la scission homolytique d'une liaison P-R et conduisent donc à des espèces paramagnétiques de type radical phosphinyl. Lorsque l'on refroidit lentement à 77 K les complexes de phosphine tertiaire et secondaire déjà irradiés à température ambiante, on note la présence d'espèces paramagnétiques dans lesquelles l'électron célibataire est fortement localisé dans une orbitale d du métal. Des espèces similaires sont observées immédiatement après irradiation à 77 K. Les paramètres RPE et les calculs DFT sont en accord avec la formation de systèmes de type [R₃PM(CO)₄].

Les processus de transfert d'électron (TE) photoinduits sont omniprésents dans la nature et l'industrie. Il est donc primordial de comprendre en détail leur dynamique. Dans ce travail, la dynamique des processus de recombinaison de charges (RC) dans des paires d'ions photogénérées (PIP) a été plus particulièrement étudiée. La dépendance de la vitesse RC vis-à-vis de l'énergie libre de réaction est communément discutée en terme de théorie de Marcus. Nous avons dans un premier temps démontré que la théorie n'était plus strictement valide lorsque les processus de TE sont ultrarapides. Les effets d'exergonicité, de température et de solvant observés sur la dynamique de RC dans les PIP peuvent être expliqués par le fait que la réaction de RC peut avoir lieu depuis un état excité non relaxé. Dans un second temps, des effets de la longueur d'onde d'excitation et d'atome lourd sur cette même dynamique ont également été étudiés.

L'objet de la présente thèse est de montrer la nécessité d'inclure la présence d'états électroniques excités de courte durée de vie dans la description de processus de transfert d'électron comme la séparation ou la recombinaison de charges. Nous avons pu montrer que la région normale de Marcus pour la recombinaison de charges dans des paires d'ions formées via un précurseur photoexcité ne peut, en aucun cas, être considérée comme une loi ayant un caractère universel. En effet, les paires d'ions radicalaires photogénérées dans de telles circonstances montrent des dynamiques de recombinaison de charges ultrarapides. Nous avons, d'autre part, développé une technique originale dite technique pompe/pompe/sonde qui nous a permis pour la première fois de distinguer de manière spectroscopique différentes structures intermédiaires intervenant lors d'un transfert d'électron bimoléculaire dans un solvant polaire : paires d'ions en contact, paires d'ions séparées par du solvant, ions libres.

Les phosphoramidites ont trouvé un vaste champ d'application en catalyse asymétrique. Leur stabilité à l'eau et à l'oxygène en fait également des ligands très attractifs quant à leur commodité de manipulation. Notre travail a consisté en la synthèse de nombreux phosphoramidites possédant une conformation libre ("tropos") ou figée ("atropos"). L'utilisation des premiers en addition 1,4 a permis de développer une méthodologie d'addition de triméthylaluminium catalysée par le cuivre sur les nitroalcènes (jusqu'à 93% ee). Nous avons appliqué cette réaction à la synthèse d'un antiinflammatoire non-stéroïdien : l'ibuprofen. La synthèse de nouveaux ligands basés sur une conformation figée a débouché sur la prmière méthodologie générale et efficace d'alkylation allylique catalysée à l'iridium (jusqu'à 98 % ee). Celle-ci a également abouti à une réaction inédite avec l'iridium : l'addition de nucléophiles non-stabilisés tels que des aryle zincs avec des énantiosélectivités extrêmement prometteuses (75% ee).

Les staphylocoques dorés résistants à la méthicilline sont responsables d'infections sévères. L'émergence de souches tolérantes aux glycopeptides est inquiétante. Pour comprendre les mécanismes responsables de ces tolérances, le contenu protéique de souches présentant différents niveaux de résistance a été analysé. Des méthodes adaptées aux protéines membranaires ont été développées. L'identification et la quantification des protéines ont été effectuées avec des méthodes basées sur la spectrométrie de masse en tandem, essentiellement avec de la désorption/ionisation au laser assistée par matrice (MALDI). L'avantage de l'aspect intemporel du MALDI a été également investigué. En définitive, plus de 150 protéines potentiellement impliquées dans la tolérance aux antibiotiques ainsi que la virulence bactérienne ont été identifiées. Environ 1/5 de celles-ci sont intégralement membranaires. La corrélation avec des données d'expression génétique donnent une vue complète de l'état de la cellule bactérienne, ouvrant de nouvelles perspectives pour le diagnostic rapide et le traitement de ces infections.

Les endosomes tardifs, organites de la voie endocytaire, jouent un rôle dans la dégradation et le trafic moléculaire. Des maladies dites "lysosomal storage diseases" provoquent une déficience fonctionnelle et une accumulation de lipides dans ces compartiments. C'est le cas du Niemann-Pick C type 1 (NPC1), caractérisé par une accumulation excessive de cholestérol dans l'endosome. Les radeaux lipidiques, biochimiquement définis comme des membranes résistant à la solubilisation par détergeants non-ioniques à froid (DRMs) sont riches en cholestérol et sphingolipides. Nous avons caractérisé biochimiquement ces DRMs au niveau des endosomes tardifs soit dans des cellules contrôles ou dans des conditions mimant les cellules NPC1. Dans ces conditions pathologiques, les DRMs n'étaient pas quantitativement affectés mais altérés dans leur dynamique, ce qui pourrait être à l'origine du disfonctionnement des endosomes tardifs.

Dans cette thèse sont présentées la synthèse et la caractérisation d'une nouvelle barrique β ayant sur sa surface externe une valine (en raison de sa forte propension à former des feuillets β) et un tryptophane (en raison de sa forte capacité d'insertion dans les membranes lipidiques). Une augmentation de la stabilité n'a pas été observée mais la forte activité de cette barrique a été très utile pour détecter des réactions enzymatiques.
Il est également décrit la synthèse et la caractérisation de la première barrique [pi]. Les feuillets β sont alors remplacés par des empilements [pi] de NDI pauvres en électrons. La barrique [pi] résultante est un canal ionique fermé. L'intercalation de DAN riche en électrons entre les NDI de la superstructure (interactions donneur-accepteur) a pour conséquence l'ouverture du pore. Ce changement conformationnel du pore est suffisamment important pour permettre le passage d'ions inorganiques.

Durant ces dernières années, les réactions organiques énantiosélectives catalysées par les métaux de transition suscitent de plus en plus d'intérêt. Ce travail s'intègre totalement dans cette dynamique. Il concerne l'étude méthodologique de la réaction de substitution allylique asymétrique catalysée par le cuivre. La synthèse puis le screening de nouveaux ligands phosphoramidites ont permis, après optimisation des conditions réactionnelles, l'obtention d'excès énantiomériques atteignant les 96% ee par l'addition de réactifs de Grignard et 91% ee dans le cas du diéthylzinc. Par la suite, nous avons appliqué notre méthodologie à la synthèse de profens, présentant un intérêt pharmacologique. L'utilité synthétique de cette réaction a aussi été démontrée par l'obtention de nouveaux synthons issus d'une réaction tandem de substitution allylique-métathèse.

La théorie de la fonctionnelle de la densité est la méthode quantique la plus utilisée pour étudier la structure électronique des molécules et des solides. Dans cette thèse, des résultats obtenus avec une version de cette méthode basée sur les sous-systèmes sont présentés. Les systèmes étudiés sont des complexes intermoléculaires comme ceux de van der Waals - ou à liaison hydrogène - et il est démontré que sur ces classes de systèmes, la méthode utilisée est plus fiable que celle bien connue de Kohn et Sham qui est aussi une méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité. Dans la méthode basée sur les sous-systèmes, l'énergie cinétique non-additive doit être représentée par une fonctionnelle de la densité approximée. Ceci a été la motivation principale pour développer et tester des fonctionnelles de la densité pour l'énergie cinétique.

Le travail présenté dans cette thèse décrit la synthèse de nouveaux complexes de ruthénium de type [Ru(eta5-L)(PP)(L')][X] incorporant de nouveaux ligands de type disphosphinites [pi]-accepteurs. La variation du substituant en position "méta" du squelette du ligand a permis de pouvoir ajuster les propriétés électroniques et stériques de ces complexes. La synthèse et l'étude de complexes incorporant des ligands sans axe de symétrie C₂ a permis le développement de complexes plus actifs, d'autre part, l'utilisation d'un anion chiral a permis une augmentation de la réactivité ou de la sélectivité de ces complexes. Par ailleurs, une étude de l'effet d'anion a été réalisée, notamment au moyen de RMN de diffusion. Enfin, l'application des complexes de type [Ru(eta5-L)(PP)(L')][X] comme catalyseur des réactions de Diels-Alder entre des mono cétones α,β-insaturées et des diènes est décrite.

Durant ces quatre dernières années, les réactions d'organocatalyse ont connu un progrès fulgurant. Les travaux les plus marquants ont été réalisés à l'aide de la L-proline dans de multiples réactions d'addition 1,2 de cétones ou d'aldéhydes non protégés sur divers électrophiles. Les additions conjuguées catalysées par la L-proline ne sont en revanche que très peu sélectives. Dans ce travail, nous avons développé l'utilisation de nouveaux organocatalyseurs du type N-alkyl-2.2'-bipyrrolidine. Ces catalyseurs nous ont permis de réaliser des additions de cétones et d'aldéhydes sur divers nitroalcènes avec des excès énantiométriques atteignant jusqu'à 99%. Nous avons également appliqué notre méthodologie à la synthèse de la (-)-botryodiplodine. Cette mycotoxine, présentant un intérêt pharmacologique, a ainsi pu être obtenue pour la première fois par une synthèse asymétrique avec une pureté optique de 93%. Nos travaux ont donc démontré toute la potentialité et la simplicité des réactions d'addition conjugée à l'aide de l'organocatalyse.

Un défi majeur en synthèse organique est la réaction sélective de groupes fonctionnels en présence d'autres groupes. Pour la première fois, une lumière monochromatique a été utilisée pour contrôler des réactions photochimiques à partir d'un même chromophore. En effet, une information externe au mélange réactionnel, la longueur d'onde d'irradiation, nous a permis de différencier des groupes protecteurs photolabiles avec de très bonnes sélectivités et d'excellents rendements. L'optimisation des paramètres spectroscopiques et cinétiques a ainsi mené à développer un nouveau concept : "l'orthogonalité chromatique". Des effets isotopiques ont également été mesurés sur les dérivés o-nitrobenzyles permettant de modifier leur réactivité avec des valeurs allant jusqu'à 8,3. Une dépendance de l'effet isotopique en fonction de la longueur d'onde pour certains dérivés, nous a montré l'implication d'états excités supérieurs dans une réaction photochimique pourtant bien connue. Nous avons aussi développé un nouveau groupe protecteur photolabile pour les aldéhydes et cétones : le Bis-o-(nitrophenyl)éthanediol.

Les interfaces liquides jouent un rôle-clé dans beaucoup de domaines de recherche différents et présentent des propriétés physico-chimiques très différentes des liquides purs. Néanmoins, elles sont loin d'être totalement comprises, principalement à cause de la difficulté à les étudier sélectivement. Diverses méthodes ont été développées à cet effet, mais la résolution spatiale qu'elles représentent n'est pas satisfaisante. De manière à mesurer un gradient d'informations dynamiques aux interfaces liquides-liquides avec une résolution spatiale meilleure que celle des techniques existantes, nous avons mis au point une expérience de réseaux transitoires utilisant les ondes évanescentes pour confiner les rayons laser à proximité de l'interface. En conséquence, nous avons été capables de mesurer les propriétés acoustiques et thermiques de l'interface avec une résolution spatiale de moins de 100 nanomètres, ainsi que d'étudier des processus chimiques ultrarapides à proximité de l'interface.

Constant-ionic strength potentiometric titrations were performed in order to determine the protonation behavior of polyamines, dissolved in aqueous medium, or adsorbed onto weakly acidic particles suspended in water, as a function of pH (proton binding isotherms). For this task, a high-precision potentiometric titrator was assembled. Protonation of several different generations and different types of poly(amine) dendrimers was studied by potentiometric titrations. The resulting proton binding isotherms were interpreted by means of a discrete site binding model, which allows an evaluation of both macroscopic and microscopic protonation mechanismes. The resulting protonation patterns are different for different types of dendrimers, depending on the spacer length between the amine sites. Charging behavior of weakly acidic carboxyl latex and silica particles was studied in absence and presence of an adsorbed strongly cationic polyelectrolyte poly(dimethyldiallilamonnium chloride). The applicability of various versions of the Stern model for the interpretation of the measured proton binding isotherms was investigated.

Cette thèse rapporte la construction d'une souche "E. coli" mutante de la thymidylate kinase "tmk". Ceci permet de tester "in vivo" ou "in vitro" la phosphorylisation d'analogues nucléosiques par différentes thymidylates kinases ou de cribler des inhibiteurs de kinases médicalement importantes. La souche mutante "tmk" a été complémentée par les thymidylates kinases du bactériophage "T4", de "S. cerevisiae", d'"E. coli" et aussi par l'homologue humain dTYMK surproduit à partir d'un plasmid. En cas d'exposition à l'analogue nucléosique AZT, 3'-azido-2',3'-dideoxythymidine,Zidovudine, les bactéries transgéniques présentent une réduction de croissance dépendante de la thymidylate kinase utilisée (96).

Ce travail a concerné principalement la quantification de propriétés moléculaires telles que les paramètres RMN. L'évaluation théorique de ces derniers nécessite la résolution de systèmes d'équation issus de la mécanique quantique. Dans ce contexte, l'ensemble des investigations présentées est basé sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Il est tout d'abord démontré que des propriétés magnétiques telles que le déplacement chimique ou le déplacement chimique indépendant du noyau (NICS) peuvent être dérivés de la DFT puis utilisées pour prédire, analyser ou caractériser de nombreuses molécules. Des analyses détaillées du caractère aromatique de molécules organiques et de clusters inorganiques ont d'ailleurs constitué la majeure partie de ce travail. Finalement, la dernière partie de cette thèse se tourne vers l'étude théorique de la stabilité configurationnelle de catalyseurs organométalliques de type [([êta puissance n]-arene)ML₁L₂L₃] caractérisés par des signaux RMN atypiques.

Ce travail avait un double but ; d'une part d'étudier les variations au cours du temps des conditions de déposition d'un lac méromictique alpin, le lac Cadagno, à l'aide de l'étude optique des sédiments de ce lac et l'étude géochimique détaillée des marqueurs biologiques acides. Ce lac, situé à une altitude d'environ 2000 m, se trouve au-dessus de la limite des forêts et, actuellement, la contribution de la matière organique des plantes supérieures est peu importante. L'étude de la nature, de la distribution et des profils d'abondance des acides gras le long de la carotte sédimentaire du lac Cadagno nous a fourni des informations sur l'évolution des conditions influençant le dépôt sédimentaire. D'autre part, cette étude a permis de contribuer aux connaissances sur les sources des acides gras.

Les aryllithiens associés à différents ligands chiraux du lithium, en présence d'un acide de Lewis, ont permis d'ouvrir des dioxolanes aryliques avec d'excellents rendements et des excès énantiomériques atteignant 37%. Les effets électroniques et stériques des substituant utilisés ainsi que l'efficacité relative de différents types de ligands chiraux du lithium, ont été discutés. L'ouverture de dioxanes n'a été possible qu'en utilisant des réactifs organocuivreux dont les espèces chirales n'ont cependant pas induit d'énantiosélectivité. Le 2-aryl-1,3-dioxolane et le "gem"-diacétate de benzyle ont été monosubstitués par des nucléophiles allyliques et les éthers d'énol silylés en présence d'acides de Lewis à base de terres rares. Certains acides de Lewis chiraux à base d'indium sont également capables d'activer cette réaction sans pour autant induire d'énantiosélectivité.

Le but de ce travail consiste en l'étude géochimique des sédiments récents du lac alpin de Cadagno et de la cinétique de déshydratation des stérols dans ce milieu. L'examen en microscopie optique des tranches sédimentaires et l'analyse GC-MS des biomarqueurs de type n-alcanes, pristane, phytane, hopanoïdes et stéroïdes ont été utilisés pour préciser les conditions de déposition des sédiments. Des événements tels que des avalanches ainsi qu'une modification du taux de sédimentation ont notamment permis d'expliquer les fluctuations significatives du profil du TOC. L'étude cinétique a montré par ailleurs que le mécanisme de déshydratation des stérols dans ces sédiments est bactérien sélectif et non physico-chimique - ce qui a d'importantes conséquences pour l'étude géochimique de sédiments anciens. Dans le cadre de ce travail, une analyse de sédiments de Monterey (Californie, USA) datant du Miocène a également permis d'identifier une nouvelle classe de biomarqueurs potentiels, les 4,14-diméthylstéranes.

La chimie de coordination des ligands 1,2-bis(1[H]-benzimidazol-2-yl)-1,2-ethanediol (1) et son dérivé méthylé 1,2-bis(1 methyl-benzimidazol-2-yl)-1,2-ethanediol (2) a été exploré avec les métaux 3d comme le cobalt(II), le nickel(II), le cuivre(II) et le zinc(II). (1) et (2) représentent des ligands chélates chiraux qui se révèlent flexibles et variés, pouvant adopter différents modes de coordination. Les structures cristallines des complexes de composition ML[2] ont été rapportées ainsi que des complexes di- et tétranucléaires. Le motif structural M[4]O[4] de type cubane a été réalisé avec cobalt(II), nickel(II). Les complexes de cuivre (II) contiennent tous l'unité structurale Cu[2]O[2]. En outre de l'étude structurale et magnétique des composés à l'état solide, la formation et la transformation d'une espèce à l'autre est montré. C'est possible par l'ensemble des méthodes de caractérisation comme la ES-MS, la spectroscopie VIS, le dichroisme circulaire et la RMN paramagnétique.

CART (cocaine and amphetamine regulated transcript) a été identifié par PCR différentielle chez le rat comme étant surexprimé en réponse aux psychostimulants. Ceci suggère que ce peptide joue un rôle important dans le mécanisme d'action de certaines drogues. Kirstensen et al. ont démontré que CART est un puissant peptide anorexigène. On a aussi démontré que CART pourrait jouer un rôle dans le contrôle de la douleur. Ce travail de thèse montre un certain nombre de stratégies que nous avons employées afin de cloner le récepteur CART. Il décrit la mise au point de ligands, qui pour la première fois, ont montré une liaison spécifique aux sites de liaison du récepteur CART. De plus, ce travail de thèse décrit le clonage et la caractérisation d'une protéine découplante homéotherme chez "Xenopus laevis".

La décomposition des diazoacétates d'alkyle trialkylsilylés a conduit lors de ce travail à la synthèse de lactones bicycliques, d'une part par insertion intramoléculaire dans la liaison C-H et d'autre part, par cyclopropanation intramoléculaire. La cyclopropanation intermoléculaire a donné accès à des cyclopropanes triéthylsilylés. Ces réactions ont été mises au point au moyen de catalyseurs de rhodium (II), avec tout d'abord, l'acétate de rhodium puis avec des catalyseurs asymétriques. Généralement, la meilleure conversion est obtenue avec des ligands de type carboxylate à température ambiante dans le toluène. De plus, les catalyseurs d'Hashimoto et le [Rh₂{(S)-nttl}₄] sont indéniablement les catalyseurs de choix pour la décomposition des diazoacétates d'alkyle trialkylsilylés. L'alcool trans-1-hydroxy-2-phénylcyclopropane carboxylate a été obtenu par désilylation oxydative de Fleming après cyclopropanation du diméthylphénylsilyldiazoacétate d'éthyle en présence de styrène.

Ce travail de thèse a élucidé deux mécanismes moléculaires régulant la différenciation des cellules souches embryonnaires (CSE) murines en cardiomyocytes : le rôle du calcium intracellulaire libre et l'action des radicaux libres de l'oxygène (ROS). Les CSE déficientes en calréticuline ont une différenciation cardiaque défectueuse en l'absence d'un signal calcique, permettant la translocation nucléaire de facteurs de transcription tels que MEF2C. Cette étape est nécessaire à l'expression de la chaîne légère de myosine (MLC2v) et à la sarcomérogenèse. Il en est de même en l'absence de NOX4. Deux voies de signalisation intracellulaire peuvent donc réguler la différenciation cardiaque: la première dépendante du Ca2+ et de kinases Ca2+/Calmoduline dépendantes et la deuxième régulée par les ROS produits par NOX4 qui activent la p38 MAPK. Ces deux voies de signalisation convergent au niveau de MEF2C en induisant sa translocation nucléaire, à la base de l'expression de protéines sarcomériques cruciales pour la sarcomérogenèse.

Une étape critique de la pathogenèse du sepsis est la reconnaissance des molécules bactériennes telles que les lipopolysaccharides (LPS) par les cellules de l'immunité innée. L'interaction du LPS, complexé à la "lipopolysaccharide binding protein" (LBP), avec les récepteurs CD14 et TLR4/MD-2 présents à la surface des cellules myéloïdes induit l'activation cellulaire. Parallèlement, afin d'être détoxifié, le LPS est internalisé de façon dépendante du CD14 par une voie de macropinocytose dans les macrophages. Le complexe récepteur TLR4/MD-2 est nécessaire pour transmettre le signal induit par le LPS au niveau intracytoplasmique. Durant la différenciation des cellules myéloïdes en macrophages ou en cellules dendritiques immatures et matures, l'expression de TLR4, MD-2, et CD14 est modulée et ceci semble conditionner la réponse des cellules au LPS. Par conséquent, la famille des TLRs et le MD-2 constituent de nouvelles cibles thérapeutiques pour le développement de traitements spécifiques pour la maladie du sepsis.

Dans les systèmes complexes tels que les eaux naturelles, l'agrégation colloïdale est omniprésente, due à la présence d'un grand nombre de types de colloïdes, ainsi qu'à un grand nombre de sites réactifs disponibles. Généralement la MON stabilise les colloïdes organiques dans les eaux naturelles. Néanmoins, il a été démontré que certains groupes spécifiques de MON, en particulier les exopolysaccharides, peuvent engendrer une déstabilisation ou floculation des systèmes colloïdaux. Il est donc essentiel que le comportement spécifique des principaux groupes de MON soit considéré en tenant compte des paramètres physico-chimiques appropriés. L'objectif principal de cette étude était de contribuer à la compréhension de l'agrégation colloïdale dans les eaux naturelles en examinant les interactions de biopolymères modèles (polysaccharides fibrillaires et acides fulviques) avec un colloïde environnemental modèle (hématite) à travers le taux d'agrégation et la structure des agrégats.

La première partie de ce travail a concerné l'ouverture énantiosélective d'arziridines méso par déprotonation et substitution nucléophile. Pour les déprotonations, l'utilisation de (-)-spartéine comme ligand chiral complexée au s-BuLi a conduit à des amines allyliques ou des sulfonamides bicycliques optiquement actives majoritairement de configuration absolue R, et jusqu'à 75% d'excès énantiomérique. Un examen du mécanisme a permis de déterminer que le réarrangement des N-sulfonylaziridines se fait via une déprotonation alpha. Pour les désymétrisations énantiosélectives de N-sulfonylaziridines par substitution, des complexes chiraux de lanthanides (III) et de TMSCN ont conduit aux composés substitués en position 2 avec une énantiosélectivité de 40%. La deuxième partie a été réalisée sur la désymétrisation énantiosélective de cyclopropanes méso spiroactivés avec formation d'une nouvelle liaison C-S. La formation d'une paire d'ions chirale avec des dérivés du thiophénol et de beta-hydroxyamines chirales a conduit aux produits d'ouverture avec de bons rendements et une énantiosélectivité de 60%.

Dans le cadre de cette thèse, les complexes de lanthanides avec des ligands tris{2-[N-méthylcarbamoyl-(6-carboxypyridine-2)éthyl]amine} L¹⁸ et tris-({[6-(1-ethyl-1H-benzoimidazol-2-yl)-pyridine-2-carbonyl]-methylamino}-ethyl)-amine L¹⁹ ont été étudiés. L¹⁸ produit dans des conditions stoechiométriques des complexes [Ln(L¹⁸-3H)] stables dans l'eau et luminescent mais très faiblement soluble. Une attention particulière a été portée sur la stabilisation entropique apportée par les groupes carboxylates et leur influence sur les processus de conversion de la lumière dans les podates d'europium et de terbium. Le remplacement des carboxylates terminaux par des groupes benzimidazoles a conduit à la formation de complexes [Ln(L¹⁹)]³+ stables en solution dans l'acétonitrile et luminescents. L'analyse en solution, rendue difficile de par la fluxionalité de la partie podante, a pu être menée à bien par le remplacement des cations lanthanides par du plomb.

Le monde qui nous entoure est lié à la présence d'interactions entre les atomes. Ces interactions regroupent les atomes en molécules et des molécules entre elles. Se renouvelant et se propageant sans cesse, elles sont à l'origine des propriétés macroscopiques de la matière. Trois systèmes correspondant chacun à une échelle d'interaction différente ont été étudiés théoriquement, chacun avec une technique différente. (i) La décomposition thermique et par ionisation de [RhC1(PF₃)₂]₂ a été étudiée au niveau quantique grâce à la DFT (Density Functional Theory). (ii) Le docking d'un inhibiteur spécifique de la transcriptase inverse du HIV propose un nouveau mécanisme d'inhibition agissant sur deux sites simultanément. Ici, des champs de force ont été utilisés pour calculer les interactions intermoléculaires. (iii) L'analyse des propriétés chromatographiques de colonnes HPLC permet de comparer et regrouper les packages proposés dans le commerce. Une analyse empirique et statistique classique permet d'appréhender les interactions phases-analyte.

Ce travail a consisté à élucider quelques mécanismes moléculaires responsables de la régulation de gènes spécifiquement exprimés dans des neurones centraux au cours du développement du système nerveux. Les nouvelles approches expérimentales que nous avons pu mettre en oeuvre pour étudier la fonction de divers facteurs de transcription, nous ont permis de révéler des propriétés nouvelles. Parmi celles-ci, nous avons montré que les interactions très dynamiques entre les facteurs de transcription et leurs promoteurs cibles traduisent leurs fonctions transitoires au cours de la spécification et la différentiation des cellules ganglionnaires de la rétine. De plus, il existe une très bonne corrélation entre les modifications de la chromatine que nous avons détectées et l'expression génique liée à cette différentiation. Finalement, nous avons montré que les interactions entre les protéines activatrices et répressives sont cruciales pour l'établissement d'un modèle d'expression génique.

Les barriques [beta] ont montré une excellente activité catalytique envers les dérivés du cascade-blue. La seule condition requise pour la reconnaissance du substrat anionique cascade-blue est la présence d'histidines, d'arginines ou de lysines chargées. Les histidines non protonnées sont quant à elles cruciales pour l'activité estérase. Le motif cascade-blue reconnu par le quartet d'histidines a été étendu au cofacteur hydrazide. Il permet l'estérolyse de divers substrats benzaldéhydes qui, seuls, n'ont aucune affinité avec les barriques. La diversité des substrats pourrait permettre, en couplant les activités catalyse et canal ionique, d'envisager la détection par les pores d'intermédiaires réactifs au niveau moléculaire. L'étude de l'influence de la force ionique a mis en évidence l'importance des membranes environnantes sur la structure et l'activité des pores. En effet, il s'établit un équilibre entre la pression membranaire externe et les répulsions de charges internes qui stabilisent alors la structure.

Ce travail présente le design et la synthèse d'une baguette formée d'un octiphényle portant sur chaque phényle: le pentapeptide -Leu-Arg-Leu-His-Leu. L'auto-assemblage de cette baguette forme une barrique β qui agit comme un pore dans les doubles couches lipidiques, perméable au passage d'anions. Les études de blocage avec l'acide poly-glutamique ont mis en évidence la formation d'un complexe entre le polymère et la barrique transmembranaire ainsi qu'une coopérativité dipôle-potentiel. La mise au point et l'utilisation de la structure supramoléculaire comme senseur d'enzymes ont été largement illustrées sur des biopolymères ou des enzymes intervenant dans différents processus biologiques. L'utilisation d'un seul pore permet la détection d'une large variété d'enzymes et de substrats à intérêt biologiques, sans requérir aucune modification chimique des composés impliqués. Des applications telles que la recherche d'inhibiteurs d'enzymes ou la quantification du sucre dans les boissons ont découlé de cette recherche.

Les réactions de cycloaddition 1,3 dipolaires et de cyclopropanation par les 2-diazo-cyclohexane-1.3-diones sur différentes oléfines se sont avérées être non sélectives en présence d'une gamme étendue de complexes organométalliques chiraux. L'absence d'énantiosélectivité dans ces réactions a été attribuée à la formation d'un intermédiaire métallocarbène déstabilisé très réactif et donc peu sélectif. L'utilisation de siloxyvinyldiazoacétates a permis de masquer temporairement un des groupes carbonyle et de modifier radicalement la nature électronique des métallocarbènes impliqués dans la cyclopropanation des oléfines. L'utilisation de "tert"-leucinates de dirhodium(II) tels que le Rh₂{(S)-NTTL}₄ et le Rh₂{(S)-PTTL}₄ a permis d'obtenir les inductions asymétriques optimales. La désilylation des siloxyvinylcyclopropanes dérivés du 2,3-dihydrofurane e du 3,4-dihydro-2H-pyrane a induit leur réarrangement en dihydro-furofuranes et dihydro-furapyranes avec des énantiosélectivités atteignant 95% ee. La méthodologie a été étendue à la cyclopropanation énantiosélective et diastéréosélective de styrène, à des réactions de cyclopropanation intramoléculaire et à des réactions tandem de cyclopropanation/réarrangement de Cope.

L'adsorption du méthanol sur une surface (110) de g-alumine a été investiguée à l'aide de méthodes de calculs ab initio et DFT. Plusieurs clusters comprenant un aluminium formant un site tétraédrique et deux aluminiums octaédriques ont été étudiés afin de simuler l'adsorption du méthanol sur la surface et essayer de rationaliser le mécanisme d'adsorption. Les fréquences de vibration calculées ont été comparées avec l'expérience. Une étude théorique de l'échange de molécules d'eau dans les hexaaqua-ions t2g6 à spin bas Ru(OH2)6 2+, Rh(OH2)6 3+ et Ir(OH2)6 3+ a été effectuée. Cet échange devrait théoriquement suivre un mécanisme dissociatif, mais des études expérimentales ont semblé montrer le contraire. Il a été suggéré que durant le processus d'activation une contraction des liaisons des ligands spectateurs se produit, et que celle-ci est suffisante pour changer le signe du [Delta]V[clic alvéolaire suscrit], faussant l'attribution du mécanisme. L'étude théorique a permis de confirmer les mécanismes attribués expérimentalement et d'écarter cette hypothèse.

L'état d'activation ainsi que le cycle cellulaire des lymphocytes T primaires conditionnent leur susceptibilité à une infection par le VIH (virus de l'immunodéficience humaine). Alors que les lymphocytes T au repos ne répliquent pas le virus, différents stimuli peuvent les induire vers un état de susceptibilité. Analysant les modalités par lesquelles l'interleukine-7 exerce cet effet, j'ai démontré que l'acquisition de la susceptibilité de ces cellules traitées à l'IL-7 corrèle parfaitement avec la phase G1b du cycle cellulaire. De plus, l'activation du facteur de transcription NFATc n'est pas induit par l'IL-7 - et donc la cyclosporin A n'inhibe pas leur susceptibilité - suggérant une voie de signalisation distincte de celle utilisée durant l'activation par le récepteur des cellules T (TCR). De plus, la wortmannin, inhibiteur de la P13K, bloque la survie des cellules sans inhiber leur susceptibilité, prouvant que la permissivité ne passe pas par la P13K et donc très vraisemblablement via Jak-STAT.

Cette thèse est consacrée à l'ouverture énantiosélective d'époxydes et est subdivisée en quatre chapitres distincts. La première partie traite du réarrangement énantiosélectif d'époxydes à l'aide de bases chirales dérivées de diamines de symétrie C₂. De nouvelles diamines ont été préparées et testées pour le réarrangement énantioselectif de l'époxycyclohexane. Dans la deuxième partie, nous abordons l'ouverture énantiosélective d'époxydes à l'aide de triéthylaluminium catalysée par des phosphines chirales ou des sels d'imidazolinium. Dans la troisième partie, nous traitons de l'ouverture régiosélective d'époxydes vinyliques à l'aide d'organozincates et d'organoaluminates. Nous avons montré qu'il était possible d'introduire régiosélectivement un groupe alkyle sur le carbone de l'époxyde adjacent à la double liaison selon un mécanisme de type SN[souscrit]2. Finalement, dans la quatrième partie, nous abordons l'ouverture énantiosélective d'époxydes vinyliques à l'aide de trialkylaluminium catalysée par des sels de cuivre. Nous avons montré que les organoalanes représentaient une alternative intéressante aux organozinciques.

Les carbocations sont les intermédiaires de nombreuses réactions et notamment des réactions de solvolyse. Ils ont été au coeur de plusieurs années d'études expérimentales et théoriques. La modélisation - "in vacuo" et en solution - de la réaction de solvolyse du 1-bromobicyclo(3.1.1)heptane et des carbocations impliquées dans cette réaction a particulièrement retenu notre attention. Notre étude a révélé le cation de type bicyclobutonium non-symétrique aux propriétés inhabituelles comme l'intermédiaire clef de cette intrigante réaction. La modification par substitution de la stabilité de ce cation et ses propriétés magnétiques en RMN ont également été examinées Analyse Diverses méthodes de mécaniques quantique post Hartree-Fock ou de DFT ont pu être comparées sur l'épineuse question de la prise en compte de la corrélation électronique. Les traitements des interactions carbocations-solvant par des méthodes SCRF et de la supermolécule ont été comparés. Finalement, une méthode mixte s'est révélée être la plus réaliste pour simuler des réactions de solvolyse.

Une nouvelle approche synthétique faisant réagir CaI₂, SrI₂ ou BaI₂ avec du BuLi, LiOH et/ou LiOtBu, en éliminant un sel, produit des clusters alcalino-terreux inédits, partiellement combinés au lithium et caractérisés par des structures cages. De nature principalement électrostatique, Li[{Ca₇([mu]₃-OH)₈I₆(thf)₁₂}₂([mu]₂-I)].3THF et [Sr₃I₃(OH)₂(thf)₉]I sont non volatils mais forment par hydrolyse des particules sols stables. Le dérivé baryum de [IM(OtBu)₄{Li(thf)}₄(OH)] (M = Sr, Ba) est un précurseur moléculaire potentiel de BaO par dépôt chimique en phase vapeur. Le p-tert-butylcalix[4]arène métallé par MOtBu (M = Li, K) forme des clusters dimériques [M₄(p-tert-butylcalix[4]arène-4H)(thf)[x souscrit]]₂.n THF (M = Li ou K ; x = 4 ou 5 ; n = 1 ou 6) et monomérique [Li₂(p-tert-butylcalix[4]arène-2H)(H₂O)₂(thf)].3 THF. Les éthers-couronnes complexent NaI pour former [Na [sous-ensemble de] (DB18C6)I(solvant)] et [Na [sous-ensemble de] (DB24C8]I, mononucléaires, biréfringent pour l'un, et le polymère ¹[infini][(H₂O)[sous-ensemble de] (DB18C6)([mu]₂-H₂O)₂/₂]¹[infini][(H₃O)[sous-ensemble de] (DB18C6)([mu]₂-H₂O)₂/₂]I₃.

L'application de deux modèles, couramment utilisés afin de prédire la bioaccumulation des métaux, a été étudiée dans le cadre de l'interaction du Zn avec une algue verte. Pour cela, les flux d'internalisation de métal ont été étudiés en relation avec la spéciation (i) en solution (FIAM) et (ii) à la surface de l'organisme (BLM). Ni le FIAM, ni le BLM ne permettent de prédire la bioaccumulation du Zn chez "Chlorella" en absence et en présence de compétiteur. Les hypothèses sous-jacentes de ces modèles ont dès lors été vérifiées. Dans ce cas, l'accumulation de Zn n'est pas prévisible en raison d'une limitation due à la diffusion en solution, de l'existence d'un système de transport multiple et actif, de l'influence des conditions de croissance de l'algue et de l'existence d'un système d'excrétion. Ces diverses observations permettent d'aborder l'importance de la régulation biologique sur l'accumulation à court terme des métaux essentiels.

Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à l'utilisation de nouveaux anions phosphates hexacoordinés chiraux en introduisant, autour de l'atome de phosphore, des diols chiraux de structure et géométrie variées. L'utilisation de ligands dérivés du TADDOL a permis de mettre en évidence l'acidité de Lewis du P(V) qui se manifeste par un réarrangement du squelette moléculaire du ligand qui n'avait été observé jusqu'alors que pour un complexe de titane. Dans une seconde partie, nous avons montré que l'anion TRISPHAT est un agent chiral d'énantiodifférenciation RMN très efficace pour les complexes pseudo-tétraédriques cationiques chiraux de Cu(I). De plus, cette propriété a pu être utilisée pour mesurer les cinétiques de racémisation de ces complexes chiraux configurationnellement labiles et déterminer les paramètres de ce processus d'interconversion. Enfin, nous avons montré que l'anion BINPHAT est un agent d'énantiodifférenciation RMN efficace pour des complexes de Ru(II) ou des cations triphénylphosphoniums.

La lumière est un réactif doux, qui a l'avantage d'offrir une grande sélectivité. Cette sélectivité est exploitée notamment dans le cas des groupes protecteurs photolabiles. Dans ce cas, la lumière est employée pour cliver une liaison. Au cours de cette thèse, nous avons démontré l'intérêt de l'utilisation de la lumière pour au contraire générer une nouvelle liaison, par une réaction de photoacylation. Nous avons ainsi montré que cette réaction permet de transformer des amines en amides de façon très efficace. Des alcools peuvent également être convertis en esters. La conversion d'amines en carbamates par cette méthode permet leur photo-protection, qui peut être combinée à une photo-déprotection si un groupe protecteur photolabile est employé. Enfin, nous sommes allés dans la direction d'une orthogonalité chromatique, en mettant en évidence deux composés photoacylants ayant une réactivité inversée à deux longueurs d'onde d'irradiation différentes.

Le gène ATH5 code pour un facteur de transcription du type basic Helix-Loop-Helix (bHLH). Chez plusieurs espèces de vertébrés, ATH5 est principalement exprimé dans la rétine et très localement dans d'autres populations neuronales. Dans la rétine, plusieurs études ont montré que le gène ATH5 est essentiel à la formation des cellules ganglionnaires. Dans notre laboratoire, nous avons isolé l'homologue du poulet et étudié différents aspects de son expression et de sa régulation. ATH5 est exprimé très tôt dans le développement dans des cellules qui prolifèrent et qui sont les précurseurs des cellules ganglionnaires, puis transitoirement dans les cellules ganglionnaires qui achèvent leur diférenciation. ATH5 active plusieurs gènes cibles dont le gène β3 en se liant à une boîte E située dans le promoteur. Nous avons isolé le promoteur du gène ATH5 puis cloné celui-ci en amont d'un gène reporter et analysé son activité par transfection dans des cellules de la rétine, isolées à plusieurs states de développement. Nous avons identifié plusieurs éléments impliqués dans la régulation du gène ATH5, dont plusieurs boîtes E, lesquelles contribuent de manière différente à l'activité du promoteur. Nos travaux indiquent qu'au cours du développement ATH5 est régulé par plusieurs facteurs de transcription bHLH présent dans la rétine en utilisant différentes combinaisons de boîtes E.

Dans une première partie de ce travail de thèse, un nouvel hélicène cationique a tout d'abord été dédoublé grâce à l'anion chiral dérivé du phosphore hexacoordiné, bis(tétrachlorobenzènediolato)mono((s)-1,1'- dinaphthyl-2,2'-diolato)phosphate(V). Ensuite, la configuration absolue du cation a été déterminée grâce à une analyse par dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD) combinée à une analyse computationnelle. Enfin, une étude de la barrière de racémisation a mis en évidence une stabilité configurationnelle élévée pour le cation. Dans une seconde partie, nous avons essentiellement développé, par addition de groupes aromatiques ortho-substitués sur l'hélicène cationique, la synthèse de composés présentant deux conformations séparées par une forte barrière énergétique. Ces rotamères proviennent d'une rotation restreinte autour de leur liaison Csp³-Csp². Les études sur la détermination des barrières de rotation de ces dérivés ont ensuite permis de mettre en évidence des stabilités conformationnelles très élevées par rapport à celles des dérivés "classiques" fluorène et triptycène décrits dans la littérature.

Le diéther de Tomioka est un ligand externe chiral de symétrie C₂ mettant en jeu un hétéroatome potentiellement stéréogène dans le chélate intermédiaire formé avec un réactif organométallique. Nous avons étendu ce concept d'hétéroatome asymétrique aux diamines tertiaires de symétrie C₂ en choisissant adéquatement deux substituants différents pour l'azote. L'addition de méthyllithium sur des imines catalysé par nos ligands a été l'étude principale effectuée et a démontré la validité de ce concept. Les aryllithiens ont conduit à d'excellents résultats allant jusqu'à 90% d'excès énantiomérique mais avec le ligand le plus simple c'est à dire la (1R,2R)-N, N, N', N'-tétraméthyl-cyclohexane-1,2-diamine. Une étude générale concernant la formation d'amines chirales non-racémique et en particulier d'aminodiarylméthanes a ainsi été effectuée selon une procédure simple mettant en jeu un ligand très facilement accessible en grande quantité. D'autres réactions ont également été abordées comme les couplages oxydants, la carbométalation, les ouvertures d'époxydes, et les résolutions cinétiques.

Le champ de force OPLS-AA pour carbohydrates est modifié en appliquant un facteur d'échelle sur les interactions électrostatiques intramoléculaire et en optimisant les paramètres de torsions. Ce nouveau modèle de "scaling" permet une meilleure reproduction des énergies relatives des conformations en phase gazeuse de l'éthanédiol et de plusieurs hexopyranoses. Les simulations par dynamique moléculaire d'hexopyranoses en solution qui sont conduites avec le nouveau champ de force, nommé "OPLS-AA-SEI", présentent un meilleur échantillonnage des groupements hydroxyles. Dans le cas des disaccharides, un excellent accord est obtenu entre les simulations par dynamique moléculaire et les données expérimentales . Le schizophyllane est un polysaccharide pour lequel une transition conformationnelle a été observée expérimentalement dans l'eau mais dont le mécanisme moléculaire n'a pas été élucidé. Afin d'élucider plus avant le mécanisme de cette transition, des simulations par dynamique moléculaire sont entreprises avec le champ de force OPLS-AA-SEI.

La présente thèse est articulée autour de la réaction d'addition conjuguée d'organozinciques catalysée par un sel de cuivre et un ligand phosphoré chiral. Dans une première partie, cette réaction est mise à profit dans la synthèse asymétrique d'un produit naturel, la muscone, ainsi que de quelques dérivés. Les propriétés olfactives des deux énantiomères de l'éthylmuscone, l'isopropylmuscone ainsi que la butylmuscone ont été évaluées par Firmenich. Dans une seconde partie, la réactivité des énolates de zinc obtenu à l'issue de la réaction d'addition conjuguée est exploitée par cyclopropanation et par alkylation, notamment avec des halogénures allyliques activés. Ainsi, nous avons développé une séquence addition conjuguée, silylation, cyclopropanation asymétrique très efficace. Les cyclopropanols silylés sont ensuite clivés par voie radicalaire, menant par exemple à des énones [gamma]-alkylées. Nous avons appliqué cette séquence àla synthèse formelle asymétrique de la clavukerine A et de l'isoclavukerine.

De nombreux processus chimiques font intervenir des paires d'ions comme espèces réactives, intermédiaires réactionnels ou produits de réaction. L'influence de la chiralité de l'anion lors de la création de centres asymétriques a souvent été négligée. Depuis 1995, le groupe du Prof. Lacour est à l'origine d'une thématique de synthèse et d'utilisation d'anions chiraux du phosphore hexacoordiné, qui a conduit à l'émergence de l'anion TRISPHAT. Les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse ont permis tout d'abord d'étendre le domaine d'application de cet ion en tant qu'agent d'énantiodifférenciation RMN, puis de démontrer la possibilité de son utilisation en tant qu'agent de dédoublement, mais également en tant qu'auxiliaire chiral lié de façon non-covalente pour la synthèse asymétrique de complexes de métaux de transition. Son influence en chimie organo-catalytique a ensuite été étudiée par le développement de nouvelles conditions réactionnelles biphasiques pour la réaction d'époxydation catalysée par des sels d'oxaziridiniums.

Cette thèse est consacrée à l'étude de processus de transfert d'électron photo-induit et de transfert d'énergie à l'aide de différentes techniques de spectroscopie laser ultra-rapide. La première partie traite des réactions de transfert d'électron photo-induit bimoléculaire et en particulier de leur dynamique dans des solvants réactifs. La relation entre la constante de vitesse d'inhibition de fluorescence déterminée expérimentalement et la constante de vitesse de transfert d'électron est étudiée. Un modèle permettant de reproduire les données expérimentales en tenant compte de l'environnement local des réactifs est proposé. La seconde partie est consacrée à l'étude de la dynamique de transfert d'énergie dans des assemblages supramoléculaires de phorphyrines. Ces derniers peuvent être considérés comme des modèles des complexes collecteurs d'énergie lumineuse agissant dans les organismes photosynthétiques Ce travail montre que l'orientation relative des réactifs joue un rôle déterminant pour l'efficacité des processus intramoléculaires et intermoléculaires.

L'utilisation des complexes [(arène)Cr(CO)₃] en synthèse organique a conduit à de nombreuses applications. Cependant, l'utilisation d'une quantité stoechiométrique de chrome constitue le revers majeur de cette chimie. Afin de résoudre ce problème, de nouveaux complexes [(arène)Cr(CO)₂(acrylate)], dans lesquels la liaison arène-chrome est labile, ont été synthétisés. Ces derniers ont montré une réactivité tout à fait nouvelle puisque l'échange de l'arène est possible à température ambiante. Fort de ce résultat, l'échange d'arène pour des dérivés indényles a conduit à la formation de nouveaux complexes énolates de chrome dont la réactivité a été explorée. Les complexes acrylates ont montré d'excellentes capacités en catalyse des réactions de cycloaddition [6+2] puisque aucune activation thermique ou photochimique n'a été nécessaire pour le bon déroulement de la catalyse. Enfin, l'étude des complexes [(arène)Mo(CO)₃] lors d'addition séquentielle nucléophile-électrophile nous a permis de mettre en évidence de nouveaux complexes intermédiaires allyl-molybdène.

Le contrôle des voies de signalisation des MAP kinases, par l'expression de MAP kinase phosphatases, est fondamental dans la spécificité de réponses cellulaires. Le gène codant pour la MAP kinase phosphatase-1 (MPK-1) est activé de manière rapide et transitoire par plusieurs voies de signalisation dont le calcium et les MAP kinases. Dans les cellules neuroendocrines, l'activation de la transcription de ce gène passe par un contrôle strict au niveau de l'élongation de la transcription. En conditions non-stimulées, l'initiation du gène MPK-1 est importante et associée à plusieurs éléments du promoteur. Le contrôle s'effectue par la présence d'un bloc à l'élongation dans le premier exon. Suite à une stimulation par les hormones TRH et EGF, le bloc est levé et permet la synthèse du messager. Ce bloc, à l'élongation sensible aux voies de signalisation par le calcium, est un élément décisif dans le contrôle de la transcription de MKP-1.

L'influence du pH sur les propriétés redox et diastéréosélectives de complexes de ligands azotés a été montrée. Des complexes avec des ligands comportant la fonction imidazole ont été étudiés. La déprotonation de ces complexes a induit d'importantes perturbations spectrales et redox. Nous avons ainsi montré que pour les complexes de Fer(II), Cobalt (II), Ruthénium(II) et Manganèse(II), la déprotonation des imidazoles, qui augmente leurs propriétés donneuses, aboutissait à l'oxydation par l'oxygène atmosphérique des métaux coordinés. Le déplacement cathodique du potentiel redox des métaux considérés a été évalué à 300m V par protons. Les propriétés complexes de Fer(II) et de Cobalt (II) avec des ligands du type bipyridine mono-substitués par la valine ont également été étudiées. Ces complexes se forment de manière diastéréosélective quand l'amine du substituant chiral valine et protoné. La déprotonation de cette amine conduit à l'absence de diastéréosélectivité.

Le mécanisme de réparation par excision de nucléotides (NER) permet d'éliminer une variété de lésions sur l'ADN dont les dommages induits par les rayons ultraviolets. Les mutations affectant le gène XPG codant pour l'endonucléase responsable des incisions 3' lors de la NER, sont associées chez l'Homme aux maladies génétiques du xéroderma pigmentosum (XP) et du syndrome de Cockayne (CS). Les individus XP-G atteints par le XP possèdent un défaut NER alors que les patients CS sont déficients pour le mécanisme de réparation couplée à la transcription (TCR). La caractérisation des mutations naturelles au niveau du gène XPG a permis de mieux comprendre la corrélation entre le génotype et le phénotype chez les patients XP-G et XP-G/CS. Par ailleurs, l'analyse fonctionnelle de protéines XPG mutée a révélé que la fonction NER de XPG est dépendante de sa capacité à interagir correctement avec son partenaire TFIIH au sein du complexe NER.

Ce travail étudie les interactions asymétriques entre cations et anions chiraux. Ainsi, l'anion bis(tétrachlorobenzènediolato)mono(1,1'-dinaphtyl-2,2'-diolato)phosphate(v) ou BINPHAT a tout d'abord été utilisé comme réactif d'énantiodifférentiation en RMN sur des ammoniums quaternaires chiraux. Cette technique a ensuite été appliquée à la détection de phénomènes stéréodynamiques pour un cation hautement symétrique spirobi[dibenzazépinium]. Ensuite, un exemple de réarrangement de Stevens énantiosélectif a été rapporté à partir du cation spirobi[dibenzazépinium] associé au BINPHAT diastéréoisomériquement pur. Des études mécanistiques ont alors permis d'accéder aux informations suivantes : étape cinétiquement déterminante, intermédiaires réactionnels, régiosélectivité et configuration absolue du produit final. Finalement, nous avons décrit un nouveau cation du phosphore hexacoordiné, le bis(tropyliumdiolato)mono(1,1'-binaphtalényl-2,2'-diolato)phosphate(v) ou BINTROP, préparé stéréosélectivement en une seule étape. Une première application comme agent d'énantiodifférentiation sur des espèces anioniques du bore et du phosphore a pu être développée.

L'intérêt de ces recherches qui sont de plus en plus nombreuses sur le plan international est à la fois fondamental mais aussi technologique. En effet l'étude de ces systèmes permet à la fois une meilleure compréhension des phénomènes photophysiques et magnétiques sous-jacents mais permet aussi d'ouvrir la voie à des applications dans le domaine du stockage électronique de l'information. Cette thèse qui s'appuie sur des expériences de magnétisme, d'optique, de résonance paramagnétique électronique et de cristallographie apporte des informations complémentaires sur la transition de spin thermique, les propriétés dynamiques qui suivent la relaxation entre les deux états électroniques caractéristiques des systèmes à conversion de spin.

Nous avons étudié la réactivité de différents nucléophiles sur des systèmes pyridiniques avec des ligands chiraux externes. Les nucléophiles utilisés sont les alkyl- et aryllithiens, les Grignards, les organozinciques et le trimétylaluminium. Les systèmes pyridiniques étant peu réactifs, leur activation sous forme de sels d'iminium est nécessaire pour l'addition des zinciques, des Grignards et des aluminiques. Cette étude a montré que seuls des nucléophiles forts tels que les organolithiens, qui pouvaient réagir sur de tels systèmes sans activation, permettaient d'apporter une énantiosélectivité grâce à un inducteur chiral externe. Différents ligands testés, le (R,R)-diphényldiméthoxyétane, la (-)-spartèine, la diisopropylbisoxazoline et la dibenzylbisoxazoline, ont permis d'obtenir des excès énantiomériques de 56% sur l'isoquinoline et 79% sur la quinoline. Les quantités de ligand peuvent être catalytiques et la méthode peut être appliquée aux systèmes bisazotés tels que la phthalazine et la quinoxaline, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives en synthèse asymétrique.

Des composites à matrice d'oxyde (PbO₂ ou MnO₂) ont été électrodéposés à partir de suspensions de particules (Fe₂O₃, MnO₂, In₂O₃ et PTFE) dans des électrolytes riches en Pb2+ ou Mn2+. Ces électrodes ont été testées comme anodes pour la réaction de dégagement d'oxygène dans Na₂SO₄ 0.5M à pH = 7 puis pour l'oxydation de différentes molécules organiques, notamment l'éthylène glycol. Le comportement des composites à matrice de PbO₂ vis à vis de la dégradation de substrats organiques a été comparé dans les mêmes conditions, avec celui de l'électrode pure de PbO₂. La présence de particules de SnO₂ ou de In₂O₃ à la surface de la matrice PbO₂ a eu pour conséquence une diminution de la réaction parasite de dégagement d'oxygène et donc une amélioration de l'efficacité de la dégradation du substrat organique. L'électrode PbO₂/PTFE a permis également d'améliorer les performances de l'électrode PbO₂. Ces applications ouvrent une alternative dans le traitement des eaux résiduaires.

L'addition conjuguée asymétrique d'organozinciques sur différents accepteurs de Michael est réalisée en catalyse de cuivre à l'aide de ligands chiraux phosphorés. Cette méthode permet de créer une nouvelle liaison carbone-carbone de façon énantiosélective. Plusieurs facteurs susceptibles d'influencer l'énantiosélectivité de la réaction ont fait l'objet d'études très poussées. Ainsi, plusieurs catégories de ligands ont été testées. Parmi elles, on trouve des fonctions tartrate, TADDOL, binaphthol et biphénol. Ces ligands sont testés sur des énones cycliques et acycliques, des nitro-alcènes et des malonates. Enfin, le solvant, la température et le choix du sel de cuivre ont montré qu'ils sont aussi des paramètres ayant de forts effets sur la sélectivité.

Ce travail de thèse propose une nouvelle approche pour l'identification des protéines séparées sur gel d'acrylamide. La technique de digestion décrite en parallèle permet de traiter l'ensemble des protéines préalablement séparées par SDS-PAGE. Elle ne requiert que très peu de traitement manuel limitant les contaminations par les kératines ou les erreurs de manipulation. Parallèlement à l'étape de digestion, le matériel contenu dans le gel est électrotransféré vers une membrane collectrice hydrophobe servant de support à l'analyse par MALDI-MS. L'utilisation directe du support permet de limiter les pertes de matériel lors des opérations intermédiaires de préparation des échantillons. Lors de l'utilisation directe de la membrane, la dimension du faisceau laser est de l'ordre de 50 µm, améliorant ainsi la résolution spatiale par rapport à la technique traditionnelle de découpe des spots. Enfin, l'opération de validation des résultats précédemment requise n'est plus indispensable. En effet, pour la création d'une image virtuelle, la disposition spatiale d'une même protéine doit se retrouver sous la forme d'un cluster validant ainsi toutes les identifications correspondantes.

Les 1,3-aminoalcools chiraux ont démontré récemment leurs potentialités en tant qu'auxiliaires et ligands chiraux pour la synthèse asymétrique. Dans l'optique de développer de nouveaux inducteurs chiraux, plusieurs 2-(1-amino-éthyl)phénols énantiomériquement enrichis ont été préparés par trois voies de synthèse différentes, toutes complémentaires en terme d'efficacité, de rendement et de sélectivité. Ces synthèses impliquent soit des réactions diastéréosélectives utilisant des auxiliaires chiraux faciles d'accès, soit des procédés catalytiques. La 1-(2-méthoxyphényl)éthylamine (R)-1a et la 1-(6-méthyl-2-méthoxyphényl)éthylamine (S)-2a ont été utilisées par la suite comme auxiliaires chiraux pour la synthèse diastéréosélective de nouvelles dibenzo[c,e] azépines de symétrie C2, de nouvelles bases chirales de conformation réduite pour les lithiations énantiosélectives.

L'aldostérone est synthétisée dans une zone glomérulée du cortex surrénalien. La première étape de la stéroïdogenèse consiste en la prise sélective du cholestérol par le récepteur éboueur SR-B1. Le cholestérol est ensuite transféré à l'intérieur de la mitochondrie afin d'être métabolisé en aldostérone. Cette étape est facilitée par la protéine StAR. Des travaux récents ont montré que le coeur est également capable de générer des stéroïdes. Il restait néanmoins à déterminer si les étapes précoces de la stéroïdegenèse, telles que la prise du cholestérol par SR-B1 et de son transfert dans la mitochondrie par la protéine StAR étaient également présentes. Dans ce travail, nous avons démontré que ces deux facteurs cruciaux étaient exprimés et modulés dans les cardiomyocytes de rats nouveau-nés ainsi que suite à un infarctus du myocarde chez le rat adulte. Nos travaux ont ainsi démontré que le coeur possède toute la machinerie nécessaire à la biosynthèse d'aldostérone.

Les caténanes, du latin catena qui signifie chaîne, sont des composés qui contiennent deux ou plusieurs molécules entrelacées. La formation de [2] caténates octaédriques nécessite la synthèse de ligands tridentés fonctionnalisés capables de former des complexes octaédriques et pouvant subir des réactions d'alkylation en vue de l'étape de cyclisation. Différents ligands dérivés du 2,6-bis (benzimidazol-2-yl)pyridine, fonctionnalisés en position 5 des benzimidazoles ont été synthétisés et la formation de complexes octaédriques de type [ML2]n+ avec différents métaux de transition tels que Co(II), Fe(II) et Mn(II) a été étudiée. A partir de ces complexes précurseurs, différents modes de "fermeture" ont été envisagés en vue de former des caténates octaédriques. Les principales méthodes de cyclisation étudiées sont la cyclisation classique par substitution nucléophile, la formation de liaison hydrogènes et, enfin, la fermeture par liaison de coordination.

Le but de cette thèse a été de clarifier la structure et les fonctions de la cinguline, une protéine associée à la partie cytoplasmique des jonctions étanches (Tight Junctions). Après l'identification de la séquence de cADN codant pour la cinguline de "Xenope" et humaine, nous avons pu déterminer sa structure moléculaire, ses interactions avec d'autres protéines des jonctions étanches et commencer à évaluer son rôle fonctionnel.

Au cours de cette thèse, le rôle et l'adressage de membres de la famille p24 de protéines transmembranaires ont été étudiés. A l'aide de différentes méthodes de biologie cellulaire, moléculaire et de biochimie, il a été montré que ces protéines sont extrêmement abondantes dans une cisternae de l'appareil de Golgi (cis-Golgi), qu'elles sont interdépendantes pour leur adressage correct, p23 et p24 interagissant initialement pour la formation d'un complexe permettant la sortie du réticulum endoplasmique et p25 servant d'ancrage pour la rétention des complexes formés. L'utilisation de différents mutants a permis la compréhension des différents signaux d'adressage de ces protéines. De plus, lorsque ces protéines sont artificiellement localisées dans d'autres organelles, elles causent soit une réorganisation morphologique de ces compartiments, soit la formation de domaines perturbant la fonction de ces organelles. Ensemble, les résultats obtenus démontrent l'importance de ces protéines dans l'organisation et la morphologie de l'appareil de Golgi.

L'exposition répétée aux opiacés produit des changements des fonctions cérébrales qui peuvent durer un certain temps après l'interruption de l'administration chronique de la drogue. Dans le cortex préfrontal des cerveaux des sujets addicts aux opiacés qui se trouvent dans un état de tolérance/dépendance, le récepteur [mu] ainsi que les protéines régulatrices GRK2/6 et ß-arrestine2 sont diminués. La densité de PKA et de CREB n'est pas modifiée dans le même groupe de sujets. Par contre, l'immunoréactivité des ERK1/2 est diminuée chez ces sujets, ainsi que les niveaux du complexe p35/cdk5, dont l'implication est pour la première fois démontrée dans le processus d'addiction aux opiacés. Chez ces mêmes sujets, il existe une diminution des formes non-phosphorylées des neurofilaments accompagnée d'une hyperphosphorylation de ces protéines. Les résultats présentés dans ce travail de thèse indiquent que les opiacés peuvent induire des adaptations et des modifications neuronales importantes dans le cerveau humain.

Le neuropeptide Y (NPY) et l'antagoniste endogène des mélanocortines (MC), "Agouti-Related Peptide" (AGRP), stimulent l'appétit alors que le peptide "Cocaine-Amphetamine Related Transcript" (CART) et les MC - principalement l'α-MSH - stimulent la satiété. Le but de cette étude a été d'analyser lequel des neuropeptides ou leurs récepteurs, impliqués dans le contrôle de l'appétit et du métabolisme, pouvait également moduler, au niveau central, les axes somatotrope et gonadotrope en fonction des conditions métaboliques. Le NPY a inhibé l'axe de la reproduction chez le rat principalement via le récepteur Y5. Les récepteurs Y1 et Y5 semblent être redondants dans le contrôle de l'appétit et de la balance énergétique car le NPY a induit une obésité similaire chez les souris transgéniques Y1-/- et Y5-/-. Les antagonistes du récepteur MC4 ont entraîné une obésité, alors que les agonistes correspondants ont fait régresser l'obésité dans les modèles caractérisés par un relâchement excessif de NPY au niveau central. En conclusion, le système MC interagit avec le NPY dans la régulation de la balance énergétique mais pas dans celle des fonctions neuroendocriniennes, telles que la reproduction et la croissance.

La protéine kinase Ca2+/Calmodulin-dependent II (CaMKII) chez le "C. elegans" étant associé à une multitude de phénotypes, nous avons décidé d'étudier ses propriétés moléculaires et biochimiques, afin de mieux comprendre ses divers rôles. Nous avons montré que, dans "C. elegans", un seul gène code pour la CaMKII mais il génère différents isoformes par épissage différentiels. Huit cDNA différents ont été clônés, séquencés et la structure du gène a été déterminée. Les différentes formes recombinantes ont ensuite été exprimées afin de les caractériser biochimiquement (propriétés catalytiques, auto-phosphorylation, accrochage de la calmodulin). Nous avons aussi commencé à déterminer le rôle de CaMKII dans la mémoire associative du "C. elegans". Les résultats de cette étude montrent que, bien que codée par un seul gène, CaMKII est une enzyme très diversifiée et que ses propriétés biochimiques sont restées très conservées au cours de l'évolution, suggérant un rôle fondamental de cette kinase dans des fonctions cellulaires clés.

La libération du glutamate, neurotransmetteur principal du SNC, est mal connue et il faudrait disposer d'un outil efficace pour l'étudier en temps réel. La première partie du travail introduit les éléments clefs de la libération des neurotransmetteurs, le rôle général du glutamate et les bases théoriques du travail. La deuxième partie aborde la mise au point et la validation du modèle électrophysiologique (sniffer-patch), les conditions d'utilisation du détecteur HEK293-GluRAi. Le modèle est testé (perfusion rapide, synaptosomes ou neurones en microcultures). La troisième partie analyse la capture et la libération (inversion des transporteurs ou voie calcium-dépendante) du glutamate par le détecteur lui-même. Les mesures de transmission autocrines permettent l'analyse et l'élimination des courants parasites. La quatrième partie montre comment ce modèle permet la reconstitution de la libération dans diverses lignées cellulaires comme les cellules BON différenciées. Les résultats sont confirmés par des mesures biochimiques.

La réaction intramoléculaire et transannulaire de diazocétones en présence de catalyseurs de Cu(I) et de Rh(II) conduit aux produits d'insertion dans la liaison CH avec de bons rendements. Malgré l'utilisation de diazocétones aux structures variées et différents catalyseurs chiraux, aucune induction asymétrique n'est obtenue. Ce manque d'induction, comparé aux réactions de diazoesters ou diazoamides, peut s'expliquer par la présence de l'hétéroélément adjacent au carbonyle qui stabilise leur carbène intermédiaire. De plus, les barrières énergétiques à surmonter pour atteindre l'état de transition sont plus grandes que pour les diazocétones, d'où un état de transition plus tardif et une sélectivité plus grande. La cyclopropanation d'énamides cycliques substitués par des groupes électroattracteurs est réalisée à partir de diazoesters et différents catalyseurs chiraux de Cu(I) et de Rh(II). Les rendements obtenus dépendent beaucoup de la structure de l'énamide et du caractère électroattracteur du substituant. Les excès énantiomériques restent faibles.

Une nouvelle méthode permet d'obtenir des films nanocristallins et mésoporeux de dioxyde de titane, d'une épaisseur et d'une largeur de l'ordre du micron. Suffisamment bons conducteurs électriques, ces films seraient utilisables comme micro-capteurs. Leur excellente activité photocatalytique, mesurée sur des réseaux interdigités de microélectrodes (IDAs), n'est pas diminuée en milieu faiblement conducteur (eau ultrapure, solvants organiques ou phase gazeuse). Elle est cependant fortement réduite par certains composés organiques (acétone, acétophénome), qui bloquent la surface de TiO₂. Une microbalance à quartz a prouvé que certains adsorbants (acides salicylique et phtalique) rendent l'oxyde fortement hydrophobe, expulsant massivement l'eau de sa surface et de ses pores. Le potentiel imposé au contact arrière de ces films n'est pas répercuté jusqu'à l'interface extérieure, où les particules se comportent comme si elles étaient mises en suspension. Une couche de charge d'espace conventionnelle est ainsi définitivement exclue dans des films nanocristallins d'oxyde semiconducteurs.

La thèse porte sur la synthèse de deux nouveaux ligands/auxiliaires chiraux, l'un azoté, l'autre oxygéné. La première parrtie concerne la synthèse et les utilisations de la 2,2'-bipyrrolidine. Une nouvelle synthèse, plus efficace et permettant d'accéder aux deux énantiomères est présenté. La formation d'aminals d'aldéhydes et de cétones se fait facilement. La conformation en marches d'escalier prévue est prouvée par analyse de cristaux par diffractions aux rayons X. Quatre applications de la 2,2'-bipyrrolidine sont exposées: l'alkylation diastéréosélective d'aminal du benzaldéhyde tricarbonylechrome a donné des résultats largement supérieurs à la littérature. La deuxième partie de la thèse concerne les analogues oxygénés de la 2,2'-bipyrrolidine, c'est à dire le bis-THF. La synthèse ayant été menée à bien, sont décrits ensuite quatre applications sur son utilisation comme ligand chiral. Les résultats montrent que le bis-THF agit bien comme ligand chiral, mais est d'une efficacité inférieure aux meilleurs ligands connus.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit décrit la synthèse de nouveaux acides de Lewis cationiques chiraux de formule générale [([êta]5-L)M(PP)L'][X], basée sur le fer et le ruthénium. La variation de l'anion des complexes de fer a abouti à des composés plus actifs pour la catalyse de réactions de Diels-Alder asymétriques. Dans le cas du ruthénium, l'influence du ligand ([êta]5-L) indényle par rapport au ligand cycloppentadiényle a été étudiée pour la catalyse de réactions de Diels-Alder asymétriques. Par ailleurs, ce travail de thèse présente des études RMN et théoriques qui ont permis de proposer un mécanisme pour l'inversion de la géométrie pyramidale du centre métallique de ces complexes. Enfin l'application des complexes [([êta]5-L)M(PP)L'][X], comme catalyseurs de réactions de cycloadditions 1,3-dipolaires asymétriques nitrones-aldéhydes α,β-insaturés, est décrite.

Il est montré que les azabicyclohexénols émanant de la photohydratation des sels de pyridinium peuvent être ouvertes de façon régio et stéréospécifique par différents acides carboxyliques et des nucléophiles soufrés. Cette séquence de réaction permet de contracter la pyridine en carbocycle à cinq chaînons avec introduction contrôlée de groupements fonctionnels. On obtient ainsi des dérivés des 2-aminocyclopent-4-ène-1,3-diols avec les deux groupements -OH sur la surface opposée de l'azote. Un de ces groupes -OH, après protection appropriée de l'autre, peut être inverti sélectivement par la formation intermédiaire d'oxazolidinones accolées aux cyclopentènes. Leur hydrolyse basique donne lieu aux "cis"-aminols désirés. L'époxydation facio-sélective des aminocyclopentènes disubstitués est réalisée en exploitant l'effet "cis"-directeur de l'alcool allylique. En partant du chlorure de N-(α-D-glucopyrannosyl)-pyridinium, on peut accéder aux synthons chiraux. Le travail se termine par une synthèse formelle de la (+)-mannostatine-A.

L'objectif de ce travail était d'appliquer la microscopie à force atomique à la caractérisation des biopolymères aquatiques. L'avantage de cette technique réside dans sa très haute résolution, de l'ordre de la fraction de nanomètre, et dans la possibilité d'observer tous types d'objets sous des conditions proches de celles des systèmes réels (pH, concentration, force ionique). La première partie de ce travail a consisté à optimiser les conditions de préparation et d'observation des échantilons à partir de biopolymères "modèles". Des études systématiques des acides humiques et d'un polysaccharide, le succinoglycane, a permis de visualiser les molécules individuelles et de suivre leurs changements de conformation selon la physico-chimie du milieu. Finalement, l'AFM a été appliquée à l'étude de colloïdes naturels, lacustres et marins, et a révélé des différences significatives entre les structures des colloïdes prélevés dans différents sites environnementaux (provenance, profondeur dans la colonne d'eau).

Cette thèse avait pour but la conception, la synthèse et l'étude d'une molécule mimant les β-barriques naturelles, possédant une modularité permettant d'obtenir des fonctions de reconnaissance moléculaire, de translocation et de transformation. Pour atteindre ce but, nous avons créé des β-barriques basées sur le "p"-oligophenyl portant des chaînes latérales peptidiques attachées aux noyaux aromatiques. Des β-barriques artificielles solubles dans l'eau ont été capables de former un complexe "guest-host" avec le β-carotène, mimant les lipocalines. Basée sur le même principe, une version soluble dans les membranes de ces β-barriques a permis d'obtenir des canaux ioniques artificiels et stables aux cours du temps. De plus, la fonctionnalisation de l'intérieur de ces canaux ioniques a conduit à recréer une enzyme de type esterase et RNase artificielle. Ce dernier exemple a permis d'unifier en un modèle synthétique, et pour la première fois, des capacités de reconnaissance moléculaire, de translocation et de catalyse.

La cyclopropanation intramoléculaire d'ylures de iodonium et des composés diazotés correspondants, catalysée par des complexes de Cu(II) chiraux a montré que deux chemins réactionnels doivent rentrer en compétition, l'un principal faisant intervenir un intermédiaire métallocarbène et l'autre impliquant un mécanisme dipolaire ou radicalaire. L'insertion intramoléculaire dans la liaison C-H, lors de la décomposition d'ylure de phényliodonium, avec des catalyseurs de Cu(II) chiraux a conduit à une énantiosélectivité importante (e.e.: 72%). De plus, l'insertion intramoléculaire dans la liaison C-H d'un centre chiral, appartenant à un ylure de iodonium a lieu avec rétention de configuration en présence de [Cu(hfacac)₂]. Ainsi, l'ensemble de ces résultats a montré l'existence d'intermédiaires métallocarbènes lors de l'insertion C-H d'ylure de iodonium en présence de catalyseur de cuivre.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude, par la théorie de la fonctionnalité, de la densité (DFT) d'un système catalytique et des états excités d'un complexe de métal de transition et d'un hydrocarbure aromatique polycyclique. La première partie est consacrée à la description des méthodes utilisées en chimie quantique pour appréhender les systèmes chimiques. Dans la seconde partie, nous étudions l'oxydation du méthanol en formaldéhyde, processus catalysé par le pentoxyde de vanadium. Différents sites d'adsorption sont étudiés et deux mécanismes réactionnels sont proposés. La dernière partie, scindée en deux chapitres, est consacrée aux états excités pour lesquels nous utilisons la DFT dépendante du temps. Pour le cyclopentadiénylnitrosylnickel (II), nous étudions la courbe d'énergie potentielle de l'état fondamental, ainsi que les processus photochimiques permettant la formation d'états métastables. Le dernier chapitre est consacré à l'étude des propriétés photochimiques du benzo[g,h,i]pérylène.

La feuille de coca et son métabolite secondaire principal, la cocaïne, ont servi de modèle pour la mise au point de méthodes d'extraction et d'analyse des alcaloïdes du tropane, dans le but d'acquérir une meilleure connaissance sur la distribution de ces composés médicalement importants. Trois techniques d'extraction (SFE, ASE, FMAE) ont été optimisées par l'outil chimiométrique et comparées entre elles. La FMAE a été retenue pour sa durée d'extraction extrêmement réduite (30 sec.). La cocaïne a été dosée dans les feuilles de coca par GC-FID et par CE-UV selon les conditions d'extraction utilisées. La CE-UV a permis de doser rapidement (4 min.) et simultanément la cocaïne et la benzoylecgonine. La GC-MS a, par contre, été utilisée pour doser les traces de cocaïne dans les feuilles des autres espèces d'"Erythroxylum". Parmi elles, six sont nouvellement décrites comme contenant de la cocaïne.

L'adsorption d'un polyélectrolyte à la surface d'une particule sphérique de charge opposée est étudiée par simulations Monte Carlo dans l'approximation de Debye-Hückel. En premier lieu, les conformations des chaînes de polyélectrolytes isolées sont décrites via des propriétés microscopiques et macroscopiques en variant la taille, la rigidité intrinsèque et l'hydrophobicité de la chaîne mais aussi la concentration ionique du milieu. En second lieu, la simulation du système polyélectrolyte / particule permet d'accéder à la limite adsorption / désorption, à l'amplitude de la déformation de la chaîne après adsorption, à l'organisation de la chaîne à la surface et au phénomène d'inversion de charge. Les paramètres importants dans cette étude sont la longueur et la rigidité intrinsèque de la chaîne, le diamètre de la particule à densité surfacique de charge constante et la concentration ionique.

La première partie de cette thèse est centrée sur l'utilisation des aziridines pontées C-hydroxyméthylsubstituées comme synthons des aminocyclopentitols. A cette fin, plusieurs sels de pyridinium "ortho-", "méta-" et "para"-C-hydroxyméthylés ont été synthétisés et soumis à la photohydratation (254 nm, K₂CO₃, H₂O). Cette réaction donne lieu à une contraction du pyridinium avec formation des 6-azabicyclo[3.1.0]hex-3-en-2-ols, les aziridines pontées proprement dites. Ces corps polyfonctionnels ont été successivement élaborés vers des précurseurs d'aminocyclopentitols d'intérêt biologique apparentés à la tréhazolamine. La deuxième partie porte sur la synthèse et la caractérisation de deux complexes du (dibenzo[a,c]cyclooctène)chrome tricarbonyle [(DBCOT)Cr(CO)₃]. Le ligand de départ, synthétisé en suivant les protocoles de la littérature, a été complexé selon deux méthodes différentes. Les diastéromères ont été séparés dans les énantiomères respectifs. La configuration relative et absolue de ces nouveaux complexes a été établie par une combinaison de la RMN, la diffraction aux rayons X et la photodégradation

Le ligand segmentiel 2-{6-["N","N"-diéthylcarbamoyl]-pyridin-2-yl}-1,1'-diméthyl-5,5'-méthylène-2'-(5-méthylpyridin-2-yl)bis[1"H"-benzimidazole] L produit dans les conditions stoechiométriques et à des concentrations appropriées les hélicates hétérodimétalliques (HHH)-[LnM(L)₃]5+ (Ln = La-Lu; M = Zn, Fe). Selon le choix des ions métalliques, ces complexes présentent différentes propriétés électroniques et magnétiques. Ce travail de thèse étudie le contrôle de ces propriétés par des substitutions périphériques judicieuses affectant les caractéristiques stéréo-électroniques des récepteurs. Les quatre ligands ainsi synthétisés ont permis d'adresser les points suivants: 1) amélioration de la stabilité et de la luminescence des complexes Eu-Zn, notamment vis à vis de l'eau; 2) solubilisation du ligand dans l'eau; 3) études détaillées de l'influence d'un substituant électroattracteur sur les propriétés électroniques et magnétiques des complexes Ln-Fe; 4) mise en évidence de l'influence de la configuration électronique de l'ion Fe[II suscrit] sur les processus de transfert d'énergie Eu -> Fe[II suscrit].

Ce travail de thèse a eu pour but l'étude d'une famille de protéines ancrées à la membrane plasmique par un pied glypié (GPI-anchored proteins). A l'aide de l'aérolysine, une toxine bactérienne qui se lie spécifiquement aux protéines GPI, nous avons cartographié et identifié les protéines GPI endogènes aux types cellulaires CHO et BHK. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé l'aérolysine pour explorer la distribution intracellulaire et le trafic membranaire des protéines GPI dans les cellules CHO et BHK. Nos observations ont montré que le trafic des protéines GPI dans la voie de l'endocytose diffère selon le type cellulaire considéré. Dans CHO, les protéines GPI internalisées sont recyclées à la membrane plasmique par l'intermédiaire de l'endosome de recyclage, alors que dans BHK, elles sont directement acheminées vers les endosomes tardifs. Ce tri différentiel semble dépendre d'une incorporation des protéines GPI dans des domaines lipidiques différents.

Le but de ce travail était la mise au point d'une technique d'extraction et d'analyse des drogues de consommation courante dans les cheveux pour l'utilisation en routine. Dans une première partie, l'extraction en phase supercritique est décrite ainsi que l'utilisation de l'extraction en phase solide. Dans un second chapitre, la méthode est adaptée à la mise en évidence de la méthadone et de son métabolite dans les cheveux de patients sous substitution à la méthadone. Une étude des marqueurs spécifiques d'une consommation d'héroïne illégale a été élaborée sur des personnes sous traitement à l'héroïne médicale. Enfin, sur une population consommatrice de cocaïne, il a été possible de différentier les consommateurs de crack des consommateurs de cocaïne intraveineuse.

Les interactions des substances colloïdales entre elles, dans des conditions physico-chimiques proches de celles des milieux aquatiques, sont étudiées par la spectroscopie de fluorescence de corrélation (FCS). La FCS possède une grande sensibilité et sélectivité. Elle permet d'effectuer des mesures in situ sans perturber le système et d'étudier une espèce spécifique dans un milieu hétérogène. Les études essentielles effectuées durant cette thèse sont d'évaluer et d'optimiser la technique de la FCS, de marquer des particules colloïdales et des biopolymères par adsorption de molécules fluorescentes à faible concentration, d'étudier des processus de floculation des différentes particules colloïdales avec un polysaccharide, Schizophyllan.

Les propriétés électrocatalytiques du dioxyde de plomb envers la réaction de transfert anodique de l'oxygène ont été modifiées en introduisant différents dopants métalliques, tels que l'indium, le thallium, l'étain, l'antimoine et le bismuth, dans le réseau de PbO₂. Ce dopage a été effectué en formant des alliages à base de plomb oxydés en milieu sulfurique. Les meilleurs résultats pour l'électrocatalyse de la réaction de transfert anodique de l'oxygène sur des substrats organiques ont été obtenus avec l'indium. En outre, l'indium a une faible influence sur l'électrocristallisation et la structure du dioxyde de plomb. L'effet électrocatalytique est conjointement dû au ralentissement de la réaction de dégagement d'oxygène sur cet oxyde modifié et à l'amélioration de l'oxydation en phase homogène des substrats organiques par l'ozone.

Différentes stratégies de synthèse ont été développées, permettant l'extension de l'unité tridentée coordinante, grâce à la fixation de groupes latéraux semi-rigides aux positions 5 ou 6 des benzimidazoles. La substitution en position 5 a permis d'obtenir des ligands linéaires formant des phases cristaux liquides calamitiques. L'addition de groupes latéraux en position 6 produit des ligands en forme de banane qui présentent des propriétés mésogènes si les bras latéraux sont composés de systèmes polyaromatiques. Lors de la complexation, la conformation "trans-trans" des unités centrales est transformée en "cis-cis" ce qui affecte profondément l'anisométrie des récepteurs. Une analyse structurale détaillée met en évidence les changements géométriques produit par la fixation du cation métallique qui ne sont plus compatibles avec la formation de phases mésogènes. Les propriétés photophysiques des récepteurs et des complexes peuvent être ajustées par l'attachement de substituant spécifiques dans les positions 5 et 6 des benzimidazoles.

La synthèse de molécules énantiomériquement pures par désymétrisation de précurseurs symétriques est une approche intéressante en synthèse asymétrique. Les aziridines représentent des substrats de choix pour ce type de transformation en raison de leur réactivité élevée. L'utilisation d'un réactif de Grignard en présence d'un complexe de cuivre en quantité catalytique a permis l'ouverture énantiosélective de l'aziridine dérivée du cyclohexène et cela avec un excellent excès énantiomérique (91%). Par la suite, la désymétrisation de "N"-sulfonylaziridines en utilisant du "n"-butyllithium en présence d'une diamine tertiaire optiquement pure, la (-)-spartéine, a conduit à des produits dérivés d'une insertion intramoléculaire dans une liaison C-H et cela avec une énantiosélectivité importante (75%). Une autre approche de la substitution nucléophile énantiosélective serait la monosubstitution d'un des groupes énantiotopiques d'acétals prochiraux. Ainsi la combinaison d'un organolithien avec la (-)-spartéine et du BF₃ a conduit à la substitution avec de bons excès énantiomériques (e.e.: 83%).

Ce travail avait pour buts de déterminer le potentiel de la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse pour l'analyse de médicaments dans les fluides biologiques et de tester de nouvelles techniques de préparation d'échantillons pouvant être couplées à la séparation chromatographique. La méthadone a été employée comme molécule modèle et analysée dans différents fluides biologiques dans le cadre d'une étude clinique. Différentes techniques d'extraction ont été testées. Parmi celles-ci, l'extraction sur phase solide en ligne a été particulièrement étudiée afin d'automatiser et de réduire le temps de l'analyse. Ainsi, les phases à accès restreint ont été testées pour l'analyse de la méthadone et ses métabolites. Finalement, deux applications employant la LC-MS ont été développées. La première concerne le dosage d'un composé antimalarique dans le plasma et la seconde concerne l'identification et le dosage de diterpénoides dans des extraits d'huile de graines de l'épurge.

Une série d'amines secondaires chirales énantiomériquement pures ont été synthétisées et utilisées sous la forme de leurs amidures de lithium comme bases chirales dans la déprotonation énantiosélective de complexes arène chrome tricarbonyle, permettant d'obtenir des complexes à chiralité planaire avec des excès énantiomériques allant jusqu'à 98%. La méthodologie développée dans la première partie a ensuite été appliquée à la synthèse de la structure centrale des composés CP (phomoïdrides A et B). La combinaison de la lithiation énantiosélective du complexe anisole chrome tricarbonyle avec une séquence de déaromatisation par double addition nucléophile/électrophile (méthodologie préalablement développée dans notre groupe de recherche) a permis d'atteindre très rapidement des structures organiques hautement fonctionnalisées, en contrôlant totalement la stéréochimie relative et absolue des différents centres stéréogéniques formés.

Cette thèse étudie le rôle des héparan sufate protéoglycans anticoagulants (aHSPG) dans la physiologie de la reproduction des rongeurs et des humains. L'AT, la PN-1 et PAI-1 sont des serpines dont la principale caractéristique, à part celle d'inhiber les sérines protéases, est d'être coactivée par l'héparine ou par son homologue physiologique, les aHSPG. Ce travail démontre la présence des aHS dans des compartiments extravasculaires et dans tout le tractus génital des rongeurs et ceci en colocalisant avec les serpines. D'autre part, une approche transgénique du gène de la 3-O-sulfotransférase-1 démontre le rôle fondamental de cette enzyme de biosynthèse des aHS dans la reproduction des rongeurs. En effet, les souris knockout pour ce gène développent des phénotypes de reproduction importants comprenant un phénotype du pénis et des yeux. Cette étude démontre pour la première fois, les fonctions des aHS en dehors du contexte vasculaire et en dehors de leur fonction antithrombotique.

Le travail de recherche décrit dans cette thèse a pour but d'étendre le domaine d'application des complexes arènes chrome tricarbonyle en synthèse organique et d'utiliser notre méthodologie à la synthèse de produits naturels et de molécules organiques d'intérêt biologique. Une nouvelle méthode de détermination de la pureté des complexes benzaldéhyde "ortho"-substitués basée sur l'utilisation d'un anion chiral (TRISPHAT) comme agent de glissement RMN a été initialement mise au point. Les premières réactions de Heck avec ces complexes ainsi qu'une étude mécanistique de l'étape d'insertion de l'oléfine sont présentées. Nous montrons ensuite qu'il est possible de générer un radical sur l'arène complexé et de l'utiliser dans une cyclisation intramoléculaire. Finalement nous présentons l'application de notre méthodologie à la synthèse d'alcaloïdes de la famille des "lythraceae" et en particulier la (-)-Lasubine I, (+)-Subcosine I et la (+)-Vertine.

La complexation du ligand segmentiel L4 avec Ln(III) et Co(II) produit quantitativement (HHH)-[LnCo(L4)3]5+ (Ln=La-Lu et Y). L'oxydation du Co(II) en Co(III) donne des complexes supramoléculaires rigides (HHH)-[LnCo(L4)3]6+ idéaux pour étendre les méthodes RMN aux complexes dimétalliques en solution. Seule la combinaison des méthodes indépendantes et dépendantes du champ cristallin permet (i) la séparation des contributions de contact et de "pseudo"-contact, (ii) la prédiction des spectres RMN de (HHH)-[LnCo(L4)3]6+ et (iii) l'analyse de la délocalisation de spin et de l'isostructuralité pour la série des Ln(III) en solution. L'extraction de la structure moléculaire en solution démontre que la structure cristalline du cation (HHH)-[LnCo(L4)3]6+ est maintenue dans l'acétonitrile, confirmant la rigidité considérable de ces assemblages supramoléculaires. Une extension de cette approche RMN pour la caractérisation de complexes fortement paramagnétiques présente des conclusions identiques. Finalement, l'application de cette approche au système f-f démontre la potentialité de ces techniques pour des systèmes compliqués.

The development of a new sensor for trace metal analysis in natural waters is described. Based on liquid-liquid extraction principle and diffusion properties, it consists of an integrated coupling of the permeation liquid membrane (PLM) and a sensitive voltammetric detection technique. The PLM is made of a microporus hydrophobic membrane impregnated with an organic solvent (toluene/phenyhexane) containing an ionophore. The detector is a microfabricated Hg-plated Ir-based microelectrode array covered with a gel containing non-polar adsorbing particles. Metal species such as lead, cadmium, copper and zinc are counter-gradient transported from the test water through the membrane in a so-called "strip" solution where simultaneous detection is done. Depending on the conditions, the PLM is sensitive to the various potentially bioavailable fractions of metal: free, labile and/or lipophilic complexes. The coupling of PLM and voltammetry provides to the final sensor high potentiality in terms of: sensitivity, selectivity and reduced time of measurement.

Une nouvelle méthode de préparation, de type sol-gel, a été développée permettant d'obtenir des films mécaniquement stables et transparents constitués de nano-particules de WO₃. Ces films combinent une série de propriétés particulièrement intéressantes du point de vue de leur application dans des dispositifs photo électro-chimiques, électro-chromiques et dans des capteurs de gaz. Leur propriétés en tant que photo-anodes permettant d'électrolyser l'eau ou de décomposer des substances organiques polluantes ont été étudiées en présence de lumière solaire simulée. La structure nano-cristalline et l'orientation cristallographique préférentielle de ces photo-anodes influencent manifestement leur comportement photo-électrochimique : les électrodes ne présentent pas de couche de charge d'espace conventionnelle typique des électrodes massives. Les transformations chimiques et structurales successives subies par des solutions colloïdales modifiées d'acide tungstique dans leur évolution vers des films nano-structurés ont été suivies par microspectroscopie Raman, microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X.

Le travail décrit dans cette thèse couvre des aspects importants de la catalyse asymétrique tels que la préparation de nouveaux catalyseurs, leur récupération à la fin de la réaction, l'étude structurelle d'intermédiaires réactionnels et les implications mécanistiques des réactions. Les acides de Lewis sont des composés capables d'activer des fonctions carbonyles et d'agir comme catalyseurs. Ce travail est centré sur leur utilisation dans des réactions de Diels-Alder. La préparation de nouveaux acides de Lewis chiraux à base de ruthénium(II) est tout d'abord décrite. La méthode utilisée a permis l'emploi de précurseurs facilement disponibles et a conduit aux complexes désirés avec de très bons rendements. Les cycloadduits des réactions de Dils-Alder ont été obtenus avec des rendements élevés et une haute sélectivité. Des études structurelles par diffraction de rayons X ont permis finalement de prévoir une modification du ligand chiral qui a conduit a une augmentation de la sélectivité de la réaction.

Cette thèse a pour objectif de dégager des traceurs théoriques pour expliquer et, à terme, prévoir le comportement des molécules avant de réaliser les expériences. La première partie est une description des méthodes utilisées: méthodes orbitalaires ab-initio et méthodes relevant de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). La deuxième partie traite des complexes pentaaqua de Ruthénium (II) ([Ru(H2O)5L]2+ avec différents ligands L = H2O, CO, C2H4 et N2): géométrie, échange des ligands et influence de la solvatation sur les spectres électroniques. La troisième partie est consacrée à l'interprétation des expériences de RPE d'espèces radicalaires instables obtenues par addition d'un électron à des composés organophosphorés (phosphaallènes) et organométalliques contenant du Tungstène (W(CO)5PH2 ; (W(CO)4PH2). Ce travail a permis de dégager les stratégies et méthodes à employer en fonction des caractéristiques chimiques des systèmes à étudier.

Une nouvelle implémentation de dynamique moléculaire ab initio a été élaborée pour la simulation de systèmes atomiques à pression constante. La méthode a été appliquée à des échantillons d'hydrotalcite à composition variable, pour analyser la corrélation entre paramètres structuraux, stabilité énergétique et propriétés chimiques. Dans la deuxième partie de la thèse, on a analysé le comportement de phases différentes de la silice sous compression. Parmi les résultats obtenus, la compression du quartz donne lieu à une transition vers une structure avec fortes similarités aux structures désordonnées à haute densité et coordination. La compressibilité de la Silice liquide est plus grande que celle du quartz, ce qui correspond à un renfoncement de la course de fusion. Cette anomalie a été attribuée à une combinaison de méchanismes géométriques et topologiques. Nous avons reconnu, en général, le rôle prédominant joué par les atomes d'oxygène pour la caractérisation de la silice comprimée.

Cette thèse évalue les charactéristiques des capteurs chimiques optiques. L'attention principale est portée sur les capteurs à fibre optique. Leurs mérites et inconvénients sont comparés à ceux des capteurs optiques à composants discrets. Des capteurs à fibres optiques pour le Cu (II), l'ammoniac et des colorants alimentaires, ainsi que des capteurs optiques à composants discrets pour l'oxygène et l'éthanol gazeux ont été étudiés. Les capteurs à fibre optique se sont avérés être un outil très utile pour la détection sensible et sélective de composés inorganiques, organiques et biologiques dans l'analyse environnementale et biologique. En conclusion la "physique", c'est-à-dire les arrangements de détection optique et l'instrumentation, fonctionne de façon satisfaisante. Cependant, des efforts sont encore nécessaires pour résoudre les problèmes "chimiques", à savoir les problèmes qui résultent de l'utilisation de molécules d'identification et des indicateurs.

Un immunoessai ultra-sensible est développé en combinant la spécificité des immunodosages et la sensibilité de la polymerase chain reaction (PCR) et de l'électrophorèse capillaire (CE). Un système anticorps-antigènes avec une séquence synthètique d'ADN comme marqueur de détection est utilisé pour capturer un antigène. Lorsque l'antigène est présent dans l'échantillon, la séquence d'ADN a été amplifiée par PCR. Couplé à un détecteur composé d'un laser à fluorescence induite (LIF), l'électrophorèse capillaire a été utilisée pour analyser les produits d'immuno-PCR. Cette technique a été appliquée pour le dosage de l'alpha-fetoprotéine (AFP) et de la protéine du prion. Elle a permis de détecter 10⁻¹⁶M d'AFP sérique et 10⁻¹⁸M de prion recombinant dopé dans du liquide céphalorachidien. En conclusion , l'immuno-PCR couplé au CE-LIF a augmenté la limite de détection jusqu'à 10⁷ fois en comparaison avec les techniques conventionnelles d'immunoessais et est un outil utile pour la détection des protéines peu abondantes dans un milieu biologique.

Le présent travail de thèse a pour objectif le développement de méthodes d'analyse rapides, sensibles et sélectives par électrophorèse capillaire en analyse pharmaceutique. Ces méthodes ont été appliquées à l'identification et à la quantification des alcaloïdes du tropane naturels et synthétiques dans diverses matrices telles que les formulations pharmaceutiques et les extraits végétaux. Plusieurs objectifs ont pu être atteints : - Le dosage de l'hyoscyamine, de la scopolamine et de leurs dérivés synthétiques dans des injectables, comprimés, suppositoires et sprays par électrophorèse de zone en milieux aqueux et non-aqueux. - La détermination de l'hyoscyamine, de la scopolamine ainsi que de la littorine dans des racines transformées par électrophorèse micellaire. - L'utilisation de l'électrophorèse couplée à la spectrométrie de masse pour la confirmation de structures et la différenciation d'isomères de position. - L'analyse chirale de l'atropine appliquée à l'évaluation de la pureté énantiomérique en relation avec la méthode d'extraction utilisée.

La protéine CaVP de l'amphioxus a été caractérisée en termes de structure et d'interactions moléculaires avec sa cible CaVPT. Il a été démontré que les protéines CaVP recombinante et de type sauvage ont des propriétés semblables. Le domaine N-terminal ne lie pas le calcium. La région C-terminale lie deux ions calcium avec des affinités similaires à la CaVP, et des changements conformationnels prononcés. Le segment C-terminal présente en absence de calcium des caractéristiques d'un "molten globule" ; il possède en présence de calcium une structure tertiaire similaire à une paire de motifs "EF-hand". La liaison du calcium s'effectue par étape avec un intermédiaire stable, constitué d'un site III structuré. Les segments N- et C-terminaux n'interagissent pas entre eux. Cependant, le domaine C-terminal de la CaVP entière influence la stabilité du domaine N-terminal. La moitié C-terminale de CaVP lie la CaVPT, alors que la moitié N-terminale n'interagit avec aucune protéine de l'amphioxus.

Dans la première partie de cette thèse, on cherche à éclaircir quelques points et à proposer quelques hypothèses concernant le "spectral hole burning" dans les matlockites. La démarche adoptée consiste à formuler diverses hypothèses quant à la nature des défauts ainsi que sur les mécanismes impliqués. Certaines conséquences de ces hypothèses sont prédites au moyen de simulations et comparées à l'expérience. Dans la seconde partie, la synthèse de couches minces de diamant par la méthode HFCVD ainsi que leur caractérisation (essentiellement par des méthodes optiques) sont présentées. Diverses tentatives d'incorporer le samarium sous sa forme bivalente dans la perspective de faire du "spectral hole burning" sur ces couches minces sont rapportées.

Une nouvelle famille de nucléosides à copule glucidique comportant deux cycles condensés a été synthétisée. La synthèse de ces bicyclonucléosides se fait via une condensation entre un bicyclosucre et une nucléobase. Le bicyclosucre est préparé par une cyclisation de rétro-Cope entre une hydroxylamine en position 5 et une liaison éthynylique, vinylique ou allylique en position 3. L'hydroxylamine présente dans le bicycle peut s'oxyder en radical aminoxyle permettant ainsi une étude structurale par RPE. L'étude RMN a permis d'établir les différentes conformations et configurations des bicyclonucléosides. Un autre type de bicyclonucléosides a été synthétisé : des spironucléosides. Ils présentent un cycle spiro sur la position 3'. L'obtention dans cette famille d'oxazolidines et de perhydrooxazines a permis d'étudier l'interconvertion cycle-chaîne entre la forme cyclique (spiro) et la forme ouverte (nitrone). Tous les bicyclonucléosides synthétisés ont été soumis à des tests biologiques et quelques uns présentent une certaine cytotoxicité vis-à-vis de lignées cancéreuses.

La thèse décrit les synthèses et les investigations menées par Résonance Paramagnétique Electronique sur des monocristaux de dérivés de barellènes. Ces dérivés sont caractérisés par la présence d'un groupe PH₂, GeH₃ ou CH₃ en tête de pont. Les radicaux ont été créés par radiolyse en phase monocristalline, ils participent dans cette matrice à des phénomènes dynamiques, qui sont analysés à l'aide de programmes faisant appel au formalisme de la matrice densité. La dynamique de la rotation interne a été observée dans une gamme de températures allant de 4 K à 300 K. Par comparaison des spectres simulés avec les spectres expérimentaux enregistrés à différentes températures, le mouvement du fragment radicalaire a pu être décrit avec précision. Cette analyse donne ainsi accès à la barrière rotationnelle du fragment en rotation. Les résultats expérimentaux sont confirmés par des calculs DFT (géométrie des radicaux et barrières rotationelles).

Dans ce travail, une étude méthodologique de l'addition énantiosélective nucléophile/électrophile a été effectuée sur les complexes [(arène)Cr(CO)₃] en présence de ligands chiraux. L'optimisation des conditions réactionnelles (ligand, solvant et température) a montré que le (S,S)-1,2-diphényl-1,2-diméthoxyéthane est le ligand le plus efficace. Grâce à ce dernier, le produit cyclohexadiénique obtenu par addition du PhLi et du bromure de propargyle a été isolé et énantiomériquement enrichi. Nos études ont démontré que l'utilisation du diisopropyléther comme solvant permet de garder un excès énantiomérique de 90% en utilisant 0.5 équivalent de ligand chiral. La deuxième partie concerne l'application de la méthodologie à la synthèse asymétrique du (-)-15-acétoxytubipofurane. Après avoir testé différents nucléophiles lors de l'approche énantiosélective, une version diastéréosélective avec un auxiliaire chiral s'est révélée plus efficace. Ainsi l'énantiomère du produit naturel a été isolé énantiomériquement pur avec un rendement global de 2.5% sur 12 étapes.

La petite GTPase Rab5, un régulateur clé du transport dans les étapes précoces de l'endocytose, cycle entre les formes liées au GTP et au GDP, ainsi qu'entre les formes membranaires et cytosoliques. Ce dernier cycle dépend de la protéine GDI (GDP Dissociation Inhibitor) qui possède la propriété d'extraire une Rab (liée au GDP) de la membrane, et ensuite de la recharger, cycle dont la régulation était mal comprise jusqu'à maintenant. Nous avons montré que la formation du complexe GDI :Rab5 est stimulée par un facteur cytosolique que nous avons purifié et identifié comme étant la MAP kinase p38. La protéine p38 régule GDI dans le cycle cytosolique de Rab5 et module l'endocytose in vivo.Ces observations révèlent l'existence d'un réseau de régulation entre la cascade de signalisation p38-dépendante et le transport dans la voie de l'endocytose et révèlent les mécanismes moléculaires indiquant que l'endocytose peut être régulée par le milieu extracellulaire.

Suite à l'éruption d'un puits de pétrole au nord de l'Italie, une étude de l'impact sur les cultures des hydrocarbures issus du pétrole et plus spécifiquement des aromatiques polycycliques, composés cancérigènes, a été mise en route. Des méthodes d'extractions ont été mises au point pour séparer puis analyser les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) contenus potentiellement dans des matrices végétales (riz, maïs). Ces méthodes sont basées sur des techniques telles que l'extraction Soxhlet et l'extraction assistée par ultrason, l'extraction par fluide supercritique (SFE) et l'extraction par solvant accélérée (ASE). L'étape d'extraction est suivie d'une analyse chromatographique en phase gazeuse avec détection par spectrométrie de masse (GC/MS). L'application des méthodes à des échantillons cultivés sur le site et en serre a permis d'étudier l'effet des hydrocarbures contenus dans le sol sur l'absorption éventuelle des HAP dans les différentes parties des plantes ainsi que sur le développement et la croissance de celles-ci.

Dans la voie de l'endocytose, le recyclage s'effectue depuis l'endosome de tri, en passant par l'endosome de recyclage. La relation entre ces deux populations endosomales n'est pas claire. Pendant ce travail de thèse, l'endosome de recyclage a été purifié par fractionnement subcellulaire, et sa composition moléculaire a été analysée. Ce compartiment est enrichi en récepteur de la transferrine, rab4, rab11, cellubrevine, cavéoline et les lipides cholestérol et sphingomyéline. Il est par contre dépourvu d'annexine II, ATPase vacuolaire et EEA1, et pauvre en rab5. En accord avec l'absence d'ATPase vacuolaire, le pH de cet endosome est moins acide que celui de l'endosome de tri. Ces observations indiquent que l'endosome de recyclage est une organelle distincte de l'endosome de tri, qui pourrait contenir des microdomaines membranaires de type radeau lipidique, impliqués dans le tri moléculaire.

Ce travail étudie la nature et l'intensité des interactions asymétriques entre cations et anions chiraux, et plus particulièrement avec l'anion tris(tétrachlorobenzènediolato)phosphate(V)(TRISPHAT). Le sel [[n suscrit]Bu₄N][[delta]-TRISPHAT] a été développé et utilisé comme agent de glissement RMN chiral pour des molécules organiques et des complexes de coordination. L'association du TRISPHAT à des complexes configurationnellement labiles tris(diimine) de fer(II) a permis de montrer que d'excellentes inductions asymétriques étaient réalisables. Ces études ont été étendues aux complexes de cobalt(II) et de cuivre(I). Il a également été possible de dédoubler les énantiomères d'un hélicate dinucléaire de fer(II) par une procédure originale d'extraction / précipitation avec d'excellents rendements chimiques et optiques. L'anion TRISPHAT a également donné des résultats comme inducteur asymétrique sur un triple hélicate de cobalt(II). Finalement, en collaboration avec le groupe du Dr Sauvage, nous avons montré que la synthèse asymétrique de complexes par effet template d'anions chiraux était possible.

Le ligand 1,3 bis(N-méthylbenzimidazol-2-yl)benzène subit une réaction d'hydroxylation lorsqu'il est mis en solution avec deux équivalents de Cu[II] et 10 équivalents de H₂O₂. Le produit formé est alors le 2,6 bis(N-méthylbenzimidazol-2-yl)phénol. Le ligand N-méthyl-2-phényl-benzimidazole qui forme un complexe mononucléaire ne subit pas d'hydroxylation. Les deux diastéréoisomères du 1,3 bis(N-méthylbenzimidazol-2-yl)cyclohexane sont synthétisés et caractérisés par RMN. Le diastéréoisomère cis précipite sous forme diprotonée. La structure rayon-X montre que les molécules sont arrangées en séries de chaînes qui sont formées de succession de molécules d'orientations inversées. La cohésion de la chaîne est maintenue par des interactions de stacking entre les benzimidazoles. Le diastéréoisomère trans est chiral. Un complexe mononucléaire de Cu[I] a été synthétisé à partir de deux molécules de ce composé chiral. La structure rayons-X a montré que la liaison N-Cu-N est chirale. L'empilement des couches forme des tunnels.

Une nouvelle voie de synthèse rapide et efficace permettant la synthèse, avec une bonne stéréosélectivité, d'un nouveau type d'anion hexaccordiné chiral du phosphore (v) portant trois ligands bidentates, dont un ligand chiral, est décrite. L'anion portant un ligand BINOL et deux ligands tétrachlorocatécholates a été obtenu sous la forme d'un seul diastéréoisomère, et il a été utilisé avec succès dans diverses applications, comme réactif de déplacement chiral en résonance magnétique nucléaire sur des cations phosphonium chiraux et comme inducteur asymétrique sur des cations chiraux de type monométhine.

J'ai entrepris l'étude détaillée et systématique de l'expression d'homologues des gènes "atonal" et "achaete-scute" (qui servent chez la "Drosophile" à la détermination neurale) au cours du développement de la rétine et de la moelle épinière de l'embryon de poulet. L'analyse de mes résultats a révélé plusieurs constantes d'un grand intérêt fonctionnel, en accord avec des observations faites dans le laboratoire par d'autres techniques, en particulier par les cotransfections de divers couples promoteurs/protéines bHLH destinées à élucider les mécanismes moléculaires des cascades de facteurs bHLH. J'ai pu montrer en particulier la complémentarité des territoires exprimant "cASH1" d'une part et le couple "cATH5/cNgn2" d'autre part, dans la rétine et dans la moelle épinière, observations qui prennent tout leur intérêt lorsqu'on sait que nous avons montré par ailleurs que le promoteur du gène "cATH5" est spécifiquement réprimé par "cASH1" et stimulé par "cNgn2" dans les cellules rétiniennes.

Ce travail décrit des applications de la chromatographie capillaire électrocinétique micellaire (MECC) à la toxicologie médico-légale. La MECC est un des modes d'opération de l'électrophorèse capillaire. Une introduction théorique et une revue des applications existantes sont données. Les effets de quelques paramètres instrumentaux sont décrits. Les applications sont divisées en deux parties : 1. Analyse d'échantillons non biologiques. L'analyse de saisies de cocaïne et d'héroïne est décrite. La notion de comparaison de profils d'électrophérogrammes a été appliquée à l'analyse de café, de bières et de taches. 2. Analyse d'échantillons d'origine humaine. Le potentiel de la MECC pour l'analyse de la méthaqualone dans le sang, l'urine, le contenu gastrique et les cheveux a été démontré. Dans un cas d'intoxication mixte, l'atropine, la strychnine et la tétracaïne ont pu être analysés simultanément dans un échantillon de sang. Enfin, la MECC a été appliquée à l'analyse d'anti-inflammatoires non stéroïdiens dans le plasma.

Le récepteur β₃-adrénergique est exprimé majoritairement dans les tissus adipeux brun et blanc où il coexiste avec les sous-types β₁/β₂. Afin d'étudier son rôle dans l'homéostasie énergétique relativement aux sous-types β₁/β₂, nous avons invalidé ce récepteur chez la souris par recombinaison homologue. L'absence du récepteur β₃ n'entraîne curieusement pas de défaut d'adaptation au froid mais favorise, en présence d'un régime riche en graisse, une tendance à l'adiposité, une hyperphagie et une modification de la relation entre masse grasse et leptinémie. Les résultats obtenus in vitro indiquent que le récepteur β₃ n'est pas indispensable à une réponse thermogénique normale du tissu adipeux brun mais crucial pour une réponse lipolytique du tissu adipeux blanc aux catécholamines. Le modèle a en outre permis l'analyse d'un nouveau sous-type β-adrénergique pharmacologique, le récepteur β₄, qui serait exprimé dans le coeur, le tissu adipeux brun et le colon.

Dans le cadre de cette thèse, les complexes de lanthanides avec le [2,6-pyridine-dicarboxylique acide, bis-éthylester] (L₁) et le [2,6-pyridine-dicarboxylique acide, bis-diéthylamide] (L₂) ont été étudiés. L₁ forme des complexes [Ln(L₁)₃]3+ peu stables en solution dans l'acétonitrile, mais les complexes d'europium et de terbium sont luminescents et très sensibles à l'hydrolyse. L₂ forme des complexes [Ln(L₂)₃]3+ plus stables, mais ceux-ci sont moins luminescents. L'utilisation de ligands dissymétriques est limitée par l'isomérie faciale-méridionale et afin d'éviter tout mélange d'isomère, l'étude de la complexation du podand tris-[2-(pyridine-2,6-dicarboxylique acide, N,N-diéthylamide, N'-méthylamide-yle)-éthyle] amine (l₃) aux lanthanides a été effectuée. L'effet podand accroît la résistance à l'eau des complexes [Ln(L₃)]3+, mais la taille de la cavité générée par L₃ est trop petite pour s'adapter à tous les lanthanides. L'augmentation de la taille de la cavité par l'utilisation du podand tris-[3-(pyridine-2,6-dicarboxylique acide, N,N-diéthylamide, N'-méthylamide-yle)-propyle] amine (L₄) a permis une adaptation à tous les lanthanides, mais la stabilité des complexes résultants a été diminuée par la contribution entropique.

Des ions Europium ont été introduits dans des monocristaux du type BaMgF4, Ba2Mg3F10, Ba6Mg7F26, BaFCl, Ba12F19Cl5 et Ba7F12Cl2 (ordonnés et désordonnés). L'investigation des ions Europium est faite à l'aide de la résonance paramagnétique électronique (RPE) conjointement à diverses méthodes spectroscopiques optiques telles que l'absorption, l'excitation, la luminescence et le déclin temporel de l'émission. Ces méthodes ont apporté des renseignements sur les positions des ions Europium dans le cristal, sur l'influence du champ des ligands ainsi que sur les processus de transfert d'énergie entre cristaux hôtes et ions Europium. Ceci a mis en évidence les remarquables propriétés de luminescence du Ba7F12Cl2 dopé à l'Europium bivalent. En effet, il émet efficacement sur tout le spectre visible lorsqu'il est excité avec des longueurs d'onde proche du visible.

D'une façon générale, les chaperonines aident un large spectre de protéines à se replier. Dans cette étude, nous utilisons deux modèles pour comprendre comment les chaperonines et leurs co-facteurs choisissent de façon différentielle entre ces divers substrats. Dans la première situation, la protéine majeure de la capside du bactériophage T4, Gp23, a besoin de GroEL et de Gp31 pour empêcher son aggrégation. Gp31 ne peut pas être remplacé par GroES ou par aucun autre homologue de GroES déjà testé. Dans le deuxième cas, alors que la GroEL bactérien peut fonctionner avec différents partenaires, le chaperon humain Hsp60 travaille spécifiquement avec son partenaire Hsp10 et non pas avec d'autres co-chaperonines tels que GroES ou Gp31. En utilisant des analyses génétiques, biochimiques, et biophysiques, ces études ont aidé à définir le rôle joué par les co-chaperonines ; en plus d'être un élément structurel de la machinerie des chaperonines, les co-chaperonines pourraient aussi avoir une fonction de modulateur allostérique.

Mesures du phénomène optique de "Hole Burning" (HB) sur des structures de Matlockites dopées au Samarium sous forme de cristaux volumique et de couches minces à 300K. L'objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre la physique de ce phénomène, par exemple par la mise en évidence du nombre et du(des) type(s) de trappe(s) impliquée(s) lors du HB, mais également de son processus.
Par différents codopages et traitements externes sur les cristaux, par les courbes de cinétique du HB, et par différents modèles, il s'est avéré que le nombre de trappes impliquées lors du HB est supérieur à deux, et que leurs types ne sont pas uniques. Ces mêmes courbes cinétiques nous ont également permis de mettre en évidence le processus du HB, ainsi pour les cristaux volumiques un processus à deux photons est dominant ; par contre, pour les couches minces , c'est un processus à un photon qui est observé.

Dans des échantillons sédimentaires, nous avons observé un enrichissement en composés C28 par rapport aux composés C27 et C29 lors du passage des stéranes aux stéroïdes monoaromatiques en cycle A (MA-A) et en cycle B (MA-B). Pour expliquer cette observation, nous avons émis l'hypothèse que les MA-A et les MA-B sont principalement formés à partir des précurseurs biologiques [delta][5,7 suscrits]-stérols, ceux-ci étant relativement plus abondants parmi les stérols C5?28. Par une série de réactions de simulation de diagenèse réalisées dans un mélange anhydre "p"-TsOH/AcOH à 70[degré]C, nous avons effectivement pu montrer que les MA-A et les MA-B sont beaucoup plus rapidement formés à partir du cholesta-2,4,6-triène (produit de la déshydratation d'un [delta][5,7 suscrits]-stérol) qu'à partir du cholesta-3,5-diène (produit de la déshydratation d'un [delta]5-stérol).

Le but de cette thèse a été d'étudier les insertions intermoléculaires des métallocarbènes dérivés de composés diazotés dans les liaisons CH et OH Nous avons montré que l'insertion des composés diazotés dans la liaison OH des alcools est une méthode efficace pour la préparation des acides a-alkoxy carboxylés. Toutefois, il n'était pas possible de réaliser des insertions énantiosélectives. L'insertion intermoléculaire des métallocarbènes dans la liaison CH allylique entre en compétition avec la cyclopropanation. Elle est favorisée par les métallocarbènes électrophiles dérivés des catalyseurs possédant des ligands fortement électroattracteurs. L'insertion est préférée par rapport à la cyclopropanation dans le cas des composés diazotés disubstitués tels que les esters phényl diazoacétiques. Avec ces composés on n'observe pas de dimérisation des carbènes intermédiaires. Les insertions effectuées avec des catalyseurs chiraux du rhodium (II) ont donné des excès énantiomériques atteignant 75%.

La première partie de ce travail de thèse consiste en une étude de deux différentes interfaces d'ionisation à pression atmosphérique pour l'analyse par spectrométrie de masse des composés tétrapyrroliques. Ces interfaces ES (ionisation par électrospray) et APCI (ionisation chimique à pression atmosphérique) emploient des procédés d'ionisation qui conviennent pour l'analyse des substances peu volatiles et/ou thermiquement instables. De plus, on peut aisément les coupler avec un chromatographe liquide à haute pression (HPLC) pour analyser "en ligne" des mélanges complexes. Une étude systématique de ces interfaces en utilisant un composé tétrapyrrolique modèle a permis de montrer que l'interface APCI se prête beaucoup mieux à l'étude des tétrapyrroles. La deuxième partie du travail décrit les résultats d'analyse des tétrapyrroles dans les sédiments de surface d'un lac en utilisant le couplage HPLC/APCI ainsi que l'identification d'une série de dérivés des chlorophylles et des bactériochlorophylles.