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Les liaisons C(sp3)-C(sp3) et C(sp3)-C(sp2) sont intrinsèquement omniprésentes dans la plupart des composés organiques. Ainsi, développer de nouvelles méthodes efficaces pour leur construction représente l'un des objectifs principaux du chimiste organicien. Cependant, dans le contexte environnemental actuel, les progrès innovants doivent répondre à d'importants critères d’éco-compatibilités qui continuent de défier la créativité des scientifiques. À cet égard, l'utilisation de l'électrochimie en synthèse (électrosynthèse) connaît actuellement un regain d'intérêt et atteint petit à petit les premiers plans de la recherche. En utilisant les électrons comme réactifs, elle représente une méthode attrayante et efficace pour générer des intermédiaires radicalaires dans le respect de l'environnement. La puissance de cette approche a été naturellement exploitée pour la construction de liaisons C?C. Alors que les méthodes d'oxydations anodiques ont été largement explorées, les processus cathodiques sont néanmoins beaucoup moins étudiés bien qu'ils pourraient débloquer de nouvelles réactivités et permettre la découverte de nouvelles transformations. Le projet C3Bond vise à développer de nouveaux modes cathodiques électrochimiques de formation de liaisons C(sp3)?C(sp3) et C(sp3)?C(sp2) en exploitant le potentiel des électrolyses réductrices et convergentes appariées. Ainsi, l'hétérodifonctionnalisation radicalaires d’alcènes ainsi que l’alkylation et l’arylation sélectives à distance de liaisons C(sp3)?H normalement non réactives seront réalisées. Il est important de noter que ce projet s'inscrira dans le concept de procédés propres et économiques en atomes. Enfin, il permettra d'accéder à des motifs potentiellement d’intérêt, tels que divers (hétéro)cycles, des composés (hétéro)aromatiques fonctionnalisés et des acides aminés chiraux non naturels, et devrait ainsi confirmer que l'électrochimie est un outil précieux en synthèse organique.

Lors de ce projet CYCADA, notre objectif est de mettre au point de nouveaux accès à des hétérocycles azotés via des réactions de cycloaddition. En utilisant des nouveaux produits de départ, la catalyse organométallique nous permettra de réaliser des réactions diastéréosélectives et énantiosélectives originales. En utilisant une catalyse duale métal/organocatalyseur, nous souhaitons également étudier des versions diastéréodivergentes de ces transformations.

Les saccharides et glycoconjugués deutérés sont des outils essentiels dans de nombreux domaines tels que le développement de médicaments, le diagnostic, l'élucidation structurale de biomacromolécules, les analyses biologiques par spectrométrie de masse ou l'étude de la dynamique biomoléculaire. Cependant, malgré leur forte valeur ajoutée, l'accès aux saccharides deutérés est à l’heure actuelle limité et coûteux. Ceci est la conséquence d’un manque de méthodes universelles permettant de deutérer la grande variété structurale de saccharides avec les régio et énantio-sélectivités voulues. Glyco-CD est un projet innovant appliqué à l’échange des isotopes de l’hydrogène, réalisé en dernière étape de synthèse, pour l’obtention de saccharides deutérés. De nouvelles méthodes utilisant notamment des catalyseurs métalliques seront développées pour échanger un ou plusieurs atomes d’hydrogène par des atomes de deutérium de manière régiosélective sans nécessiter d’étape de synthèse de précurseurs marqués au deutérium, limitant de fait les coûts et déchets et s’inscrivant dans une démarche de chimie durable. Un travail d’ingénierie de surface des catalyseurs sera réalisé afin d'accéder à des saccharides d’intérêt et diversement deutérés : régiosélectivement mono- et multi marqués voire per-deutérés. Une attention particulière sera également donnée aux stratégies employant des groupements protecteurs notamment ici les groupements directeurs capables de chélater les catalyseurs métalliques ainsi que les groupements protecteurs transitoires ciblant les unités diols des saccharides, afin d’obtenir des échanges hydrogène/deutérium chimio et régio-sélectifs. La mise en œuvre de la chimie en flux continu permettra également une production rapide et peu coûteuse à l'échelle du gramme pour atteindre in fine le marché avec la commercialisation des composés obtenus. Une application majeure des saccharides deutérés sera étudiée dans le cadre de Glyco-CD, à savoir l’exploration de processus métaboliques à l'aide de l'imagerie métabolique du deutérium (DMI) in cellulo et in vivo, une nouvelle méthode d’imagerie biomédicale en plein essor. Des sondes DMI innovantes seront développées, telles que le Kdo deutéré pour la détection in cellulo de bactéries pathogènes et le fructose deutéré permettant l’étude des troubles métaboliques en lien avec la stéatose hépatique. Glyco-CD permettra d’avoir accès d’une manière simple et efficace à un large panel de saccharides deutérés. Il vise à : (1) Développer de nouveaux catalyseurs métalliques pour l’obtention de saccharides mono-, multi- et per-marqués avec des régio- et stéréochimie contrôlées (2) Étudier l'influence des saccharides deutérés sur des processus de métabolisation (3) Développer de nouvelles sondes deutérées pour l'imagerie métabolique du deutérium (DMI)

Les molécules chirales sont omniprésentes dans les systèmes biologiques et revêtent une importance primordiale dans de nombreuses disciplines. La chiralité inhérente à la topologie de Möbius reste quasiment inexplorée, de ce fait, exploiter un nouvel élément stéréogène ouvrira des perspectives incommensurables aux niveaux fondamental et appliqué. Le projet MOBAZYM vise la réalisation inédite d'un catalyseur artificiel incorporant un anneau de Möbius afin d’effectuer une transformation stéréosélective, étape clé vers des enzymes artificielles innovantes. Un consortium de deux équipes complémentaires travaillera pendant quatre ans sur (i) la conception de nouveaux complexes métalliques d’hexaphyrines en anneau de Möbius, (ii) l'évaluation de leur réactivité dans des processus de résolution cinétique, et (iii) leur interaction avec une matrice enzymatique. Cette approche est à la pointe des domaines de recherche sur les anneaux de Möbius, les porphyrinoïdes et les enzymes artificielles.

Le projet ARDIROX vise à découvrir de nouvelles molécules actives contre les leishmanioses et/ou le paludisme. Les endoperoxydes sont une piste émergente mais sous-explorée contre les leishmanioses, affections négligées d’importance humaine et vétérinaire. Il est cependant d’ores et déjà bien établi qu’ils présentent une efficacité remarquable et encore inégalée dans le cas du paludisme, pour lequel les traitements actuels sont menacés en raison de phénomènes de résistance. En s’appuyant sur l’expertise des partenaires chimistes (laboratoire LSO, UMR 7652 CNRS/École Polytechnique et UMR PASTEUR-8640, CNRS/ENS Paris), ARDIROX relèvera le défi de l’exploration d’une voie de synthèse totalement originale d’endoperoxydes inédits, en exploitant la chimie des radicaux aminiums. Les molécules cibles seront ainsi préparées de manière contrôlée, respectueuse de l’environnement et sans faire usage de catalyseurs coûteux ou toxiques. Deux types de précurseurs simples, qui pourront revêtir des structures moléculaires très variées, seront étudiés. L’électrochimie jouera un rôle-clé dans ces recherches, en accord avec cette perspective de développement durable : la voltamétrie cyclique apportera des informations précieuses sur les propriétés rédox des substrats et la réactivité des intermédiaires réactionnels. En outre, les endoperoxydes seront préparés par électrosynthèse. Une valeur ajoutée supplémentaire consistera à combiner au sein de certaines molécules un endoperoxyde avec un pharmacophore présentant déjà une activité avérée contre ces parasites, afin d’obtenir deux angles d’attaque via des mécanismes d’action différents, pouvant conduire à un effet synergique et/ou à une limitation de l’apparition de chimiorésistance. Grâce à une coopération très étroite entre chimistes et biologistes (UMR 8076 CNRS/BioCIS Paris-Saclay et UMR 7245 CNRS/Muséum National d’Histoire Naturelle de Paris), une boucle de rétroaction sera mise en place pour guider l’amélioration des molécules d’intérêt les plus prometteuses, en fonction de leur effet mesuré sur les parasites. Les évaluations seront menées de manière approfondie sur Leishmania donovani, responsable de la leishmaniose viscérale ainsi que sur Leishmania major, qui provoque la leishmaniose cutanée. Les études biologiques seront systématiquement complétées par une évaluation d’activité sur Plasmodium. Outre la découverte de nouvelles molécules actives, ces travaux permettront de déterminer si le mécanisme d'action des endoperoxydes présente ou non des similitudes, selon qu'ils agissent sur des parasites pathogènes du genre Leishmania ou Plasmodium.

Les métallo-enzymes artificielles sont une nouvelle classe de catalyseurs qui combinent les propriétés des protéines et des complexes organométalliques. De tels hybrides associent les principaux avantages des biocatalyseurs (réactions chimio-, régio- et stéréosélectives dans des conditions douces et environnementalement acceptables) et des catalyseurs homogènes (pléthores de réactions chimiques mettent en jeu un complexe organométallique). Ces dix dernières années, plusieurs métalloenzymes artificielles ont été développées pour l'époxydation l'hydrogénation, l'oxydation, la fonctionnalisation C-H et la métathèse d'oléfine...Cependant, aucune métalloenzyme artificielle n'a été décrite à ce jour pour les réactions photorédox duales énantiosélectives. Dans le cadre de ce projet, nous proposons de développer un catalyseur hybride à base de métal abondant, et de l'utiliser dans des réactions photorédox duales.

La désoxygénation des liaisons N–O et S–O est un défi chimique et est essentielle pour fournir des voies de conversion entre divers états d'oxydation des composés contenant les éléments N et S. De tels procédés sont nécessaires pour fermer les cycles de l'azote et du soufre qui sont actuellement ouverts du fait des activités humaines. D'un point de vue synthétique, le développement de méthodes sélectives pour la désoxygénation des liaisons N–O et S–O permettrait de modifier la source d'azote et de soufre dans certains procédés industriels. Ces réactions reposent actuellement sur des méthodes thermochimiques et des agents réducteurs sacrificiels. Dans le projet DeNOSOr, nous développerons de nouvelles méthodes photo- et électro-catalytiques pour la désoxygénation des liaisons N–O et S–O impliquant des catalyseurs sélectifs et efficaces à base de métaux de transition. La catalyse moléculaire appliquée à des molécules modèles pour les liaisons N–O (N2O, N-oxydes de pyridine) et S–O (sulfoxyde, sulfone) permettra en effet le développement de méthodes efficaces grâce à des études mécanistiques. Notre consortium rassemble des équipes possédant une expertise considérable en électrochimie, chimie de réduction, photochimie et photophysique, ainsi que pour l’élucidation de mécanismes. Les défis de l'activation des liaisons N–O et S–O seront ainsi affrontés en utilisant toutes les méthodologies et techniques complémentaires disponibles chez les trois partenaires.

Les phosphines trivalentes jouent un rôle central en tant que réactifs dans un grand nombre de transformations importantes, utilisées tous les jours dans les laboratoires du monde entier. Malgré leur utilité, ces réactions possèdent également un inconvénient majeur, à savoir la formation concomitante d’une quantité stœchiométrique d’oxyde de phosphine. Ceci complique l’étape de purification, diminue “l’économie d’atomes” de ces réactions et rend impossible le développement de versions asymétriques de ces transformations, du fait du coût prohibitif des phosphines chirales. Dans ce projet, nous proposons de développer des transformations électro-catalytiques, en utilisant des faibles quantités de phosphine. Nous allons réunir autour de ce projet central les expertises complémentaires des partenaires en 1) chimie du phosphore et catalyse; 2) électrosynthèse et en analyse électrochimique et 3) physico-chimie pour avoir une meilleure compréhension des propriétés nécessaires des catalyseurs et des substrats pour le développement de tels procédés. Ce projet pourrait représenter une avancée importante dans le domaine de la synthèse organique et plus généralement vers le développement de processus catalytiques et asymétriques plus durables.

L'oxygeìnation et l'halogeìnation des hydrocarbures sont des reìactions d'oxydation au cœur de proceìdeìs industriels pour la formation d'une grande varieìteì de produits. Ces reìactions sont souvent peu vertueuses (oxydants nocifs, haute T et P) et il est urgent de trouver des alternatives eìconomiquement et eìcologiquement viables. En reìalisant l'activation reìductrice d’O2, des enzymes aÌ Fe catalysent de manieÌre efficace aussi bien des oxygeìnations que des halogeìnations (en preìsence d'halogeìnure). Nous proposons une approche originale inspireìe des systeÌmes naturels, qui combine des outils syntheìtiques, spectroscopiques et eìlectrochimiques, pour eìtudier l’activation d’O2 par des complexes de Fe ou Mn et conduire aÌ ces reìactions d’oxygeìnation ou d'halogeìnation (en preìsence d'halogeìnure). Cette approche baseìe sur des techniques compleìmentaires permettra d'ameìliorer les connaissances fondamentales de l’activation d’O2 et le deìveloppement de proceìdeìs eìlectrocatalytiques d’oxydation en conditions douces.

Les molécules à chiralité axiale sont des architectures présentes dans de nombreuses substances naturelles et composés biologiquement actifs. Ces structures ont également été largement utilisées en tant qu’inducteurs chiraux (ligands ou catalyseurs) dans des processus asymétriques. Dans ce contexte, de nombreuses stratégies de synthèse ont été rapportées dans la littérature la préparation d'architectures biphényle, phényle-naphtyle et binaphtyle énantioenrichies tandis que les exemples de synthèses énantiosélectives d'atropisomères aryle-hétérocycliques restent beaucoup moins décrits. Dans une première partie, le projet QuinoA vise à développer de nouvelles séquences en cascade atroposélectives pour la construction d'architectures aryle-quinolone à chiralité axiale. La seconde partie du projet sera consacrée à l'utilisation de ces molécules comme promoteurs dans des processus d'oxydation catalytiques asymétriques.

Surf-Orgalep vise la préparation de systèmes catalytiques hétérogènes combinant des catalyseurs organométalliques (chiraux) et organiques (chiraux) immobilisés par des interactions non covalentes sur des supports carbonés pour des transformations de multicatalyse, en contrôlant la localisation des sites actifs. Les surfaces graphitiques seront modifiées par des auto-assemblages non covalents confinés en surface créant, à loisir, différents types de réseaux agissant comme des tamis moléculaires 2D à l'interface liquide-solide. Ces supports nanostructurés avec des paramètres de maille accordables joueront le rôle d’un réseau hôte parfaitement défini pour les deux catalyseurs, ainsi placés précisément dans les pores comme invités, via des tags pyrène. Ces espèces chirales seront évaluées dans de nouvelles réactions multicatalytiques asymétriques pour l’obtention de synthons fonctionnalisés, en exploitant le potentiel de l'activation nucléophile des ITU combiné à celui des complexes chiraux salen en catalyse coopérative. Cette nouvelle réactivité duale sera appliquée à de petits hétérocycles nativement peu réactifs vis-à-vis des énolates, et qui nécessitent donc une activation électrophile. Ces cycloadditions formelles ITU/(salen)métal devraient conduire à des structures énantioenrichies peu accessibles, présentes dans les composés pharmacoactifs. De plus, une simple filtration permettra la récupération des catalyseurs, les espèces actives étant séparées du réseau, si besoin, et l'évaluation de leur réutilisation. Une attention particulière sera portée pour éviter le relargage métallique dans les produits, répondant au mieux aux besoins de l'industrie. Surf-Orgalep s'inscrit pleinement dans l'axe B5 de cet appel, pour la mise en place d'une synthèse durable, permettant le recyclage à la fois des espèces actives et du support, caractéristiques inédites en multicatalyse asymétrique.

Un large panel d’applications industrielles requiert des environnements hautes températures (typ. > 800°C), comme les moteurs/propulseurs pour l’aéronautique et le spatial ou encore les enceintes réactionnelles (sidérurgie, fabrication additive par laser, réacteurs nucléaires). Dans ces environnements, l’utilisation de composants optiques réalisés sur des matériaux vitreux, tels que des capteurs de température/pression fibrés (réseaux de Bragg, rétrodiffusion Rayleigh etc.) permettent une flexibilité de mise en forme (fibres, massifs), sont peu intrusifs, légers, et multiplexables. L’approche actuelle est basée sur l’utilisation de fibres commerciales initialement dédiées aux télécommunications et étant composées de silice légèrement dopée. Ces dernières sont fonctionnalisées par irradiation laser en imprimant un changement local de structure, tout en préservant leur nature vitreuse. Pour aller au-delà des limites imposées par cette approche conventionnelle, ce projet propose une méthodologie disruptive : 1) utiliser et développer des verres/fibres dédiés aux applications hautes températures et 2) baser la stabilité des capteurs non pas sur de simples variations d’indice mais sur la photo-précipitation de nanocristaux réfractaires connus (ex : YAG, Al2O3, ZrO2, voire des mélanges eutectiques de ces composés actuellement utilisés en aéronautique). Cette approche innovante nécessite l’utilisation de méthodes non-conventionnelles. D’une part pour la synthèse et le formage des verres (fibres « Molten Core », lévitation aérodynamique), et d’autre part l’utilisation des lasers à impulsions ultra-brèves permettant de précipiter en 3D des nanocristaux dont les caractéristiques (taille / composition / orientation dans l’espace) peuvent être finement contrôlées. L’approche choisie sera testée par le prototypage de capteurs de température dédiés à l’aéronautique pour des mesures de gaz d’échappement sur la base d’un cahier des charges fournit par un partenaire industriel.

DOMINO a pour objectif de découvrir une nouvelle classe de bioMOFs poreux, stables chimiquement, et présentant une homochiralité et des sites catalytiques multiples et de les étudier comme catalyseurs hétèrogènes pour la cycloaddition du CO2 avec des époxydes. Les nouveaux matériaux bioMOFs seront synthétisés en associant divers oxo-clusters de Zr4+ à des acides aminés ou dipeptides synthétiques, rigides et fonctionnalisés qui n’ont jamais été utilisés comme briques élémentaires des MOFs. La structure de ces matériaux sera déterminée en couplant la diffraction des rayons X sur monocristal ou sur poudre et la spectroscopie RMN à l’état solide. La stabilité chimique et thermique de ces matériaux, leur porosité, leur homochiralité, leurs propriétés acide-base de Lewis et de Brønsted, leurs propriétés d’adsorption des epoxydes et du CO2 seront caractérisées en couplant différentes techniques avancées. DOMINO a pour but de démontrer l’efficacité de ces matériaux comme catalyseurs hétérogènes pour la cycloaddition du CO2 en époxydes opérant dans les conditions ambiantes et éco-compatibles (température ambiante et 1 bar, sans solvants organiques). L’ objectif ultime de Domino est de tester les bioMOFs homochiraux comme catalyseurs pour la synthèse asymétrique de carbonates cycliques énantiomériquement enrichis, ce qui est un défi majeur dans le domaine de la conversion du CO2. Ce projet ambitieux regroupe trois groupes aux expertises complémentaires dans le domaine de la synthèse et la détermination structurale des MOFs (ILV), la caractérisation spectroscopique des catalyseurs (LRS), et la catalyse (ICMMO).

CORTIORGAN fera la démonstration de procédés innovants aboutissant à une nouvelle classe d'implants cochléaires optogénétiques basés sur la stimulation optique, au lieu de la stimulation électrique, des nerfs auditifs. En raison de la forte conductivitéì électrique du tissu de la cochlée, la stimulation optique des nerfs entraîne une meilleure résolution spatiale et donne lieux à des implants plus performants. L'objectif de CORTIORGAN est de mettre au point un procédéì de fabrication spécifique permettant d'obtenir des LED InGaN ultra-minces (< 5 microns), d'une taille de 30 ?m x 60 ?m, qui seront détachées mécaniquement d'un substrat et transférées sur les implants cochléaires. Ce procédéì repose sur la croissance des structures LEDs sur substrats h-BN/saphir qui permet de répondre aux contraintes de ces nouveaux implants qui seront insérés, à la fin du projet, dans des cochlées de souris. Le consortium mis en place pour CORTIORGAN est solide et complémentaire.

Prévoir la durabilité en service d’un alliage métallique soumis à de hautes températures est un défi d’intérêt industriel majeur. Le caractère multi-physique et multi-échelle des interactions en jeu lors de l’oxydation imposent de considérer les couplages forts entre processus chimiques, processus diffusionnels, microstructure, effets mécaniques et effets thermiques. Le projet RACCOON a pour ambition de décrire, caractériser et modéliser ces couplages à différentes échelles dans des alliages modèles à métallurgie simplifiée. Il se situe volontairement dans une démarche amont qui vise à apporter des connaissances fondamentales sur les relations entre l’oxydation haute température des alliages métalliques et l’évolution des déformations inélastiques. Il cherche à établir des liens entre échelles méso et macro en reliant les phénomènes aux échelles micro et mésoscopiques à des modèles phénoménologiques utilisables à des échelles moins locales. Ces principaux objectifs sont de caractériser les mécanismes fondamentaux à l’origine de l’impact de l'état mécanique du matériau sur les vitesses d’oxydation et l’interdépendance entre l’évolution des contraintes mécaniques et la vitesse d'oxydation ceci en vue de clarifier l’origine des relations entre oxydation haute température et comportement mécanique. Les résultats expérimentaux seront capitalisés à travers un modèle champ de phases dont le développement constitue également un objectif du projet. L’approche champ de phase permet de simuler l’évolution microstructurale de matériaux hétérogènes. Son application à l’oxydation est délicate en raison notamment de la complexité des systèmes rencontrés. Un modèle de ce type incluant les mécanismes de diffusion liés à l’oxydation, les grandes déformations et le fluage permettra une description numérique inédite ouvrant la possibilité de mieux interpréter les résultats expérimentaux.

Le projet FLAMIR vise à produire des lasers fibrés dans l'infrarouge moyen (MIR) au-delà de 4 µm, à partir de fibre en verres de chalcogénures (VCh) dopée avec des ions de terres rares (TR) tels que Dy3+ ou Pr3+. Ces matériaux sont très prometteurs car ils présentent une faible énergie de phonon et un indice de réfraction élevé et sont donc adaptés pour obtenir des émissions élevées dans des verres dopés TR. Des Réseaux de Bragg (RB) seront réalisés par inscriptions laser ultrarapides dans le cœur de la fibre via une technique de masques de phases ou un procédé point par point, lesquels permettront d’intégrer la cavité laser au sein même de la fibre. En outre, différents systèmes de pompage seront testés afin d’obtenir le meilleur rendement d’émission pour les TR. Ainsi, les VCh développés dans FLAMIR permettront (i) un dopage TR à haute teneur, (ii) l’obtention d’une fibre à faible perte et (iii) une écriture permanente de RB. Compte tenu des calculs théoriques et des résultats préliminaires, des lasers à fibre MIR sont raisonnablement accessibles.

Depuis quelques années, les alliages à haute entropie (HEA) sont devenus un domaine de recherche fascinant en sciences des matériaux où ils sont notamment étudiés pour leurs propriétés mécaniques remarquables. Ces alliages ont la particularité de contenir de multiples éléments (entre 4 et 6) avec une tendance à former des microstructures simples en solution solide. A l'échelle nanométrique, la recherche autour des HEAs débute alors que des propriétés uniques ont souvent été démontrées pour les éléments purs à cette échelle. L’objectif du projet YOSEMITE est de développer des matériaux innovants à base de nanoparticules HEA dans le but d’obtenir des propriétés mécaniques originales. En combinant théorie et expériences, nous visons à avoir une connaissance approfondie des relations entre la synthèse, la structure et les mécanismes spécifiques de déformation de ces nano-objets pour guider efficacement l'ingénierie d'une nouvelle classe de nanomatériaux

SOLITUBE vise à mieux comprendre et développer la croissance CVD assistée par champ électrique de nanotubes de carbone monoparois alignés (SWNT) de haute qualité cristalline pour des applications innovantes. Il est basé sur des études préliminaires, résolues en temps et réalisées dans un TEM environnemental, de la croissance de SWNT sur des micro-puces chauffantes. Les nanotubes présentent une excellente directivité et une parfaite rectitude interprétée comme une absence de défauts. Les expériences ETEM in-situ seront utilisées à la fois pour une étude paramétrique de la croissance des nanotubes (pression, température, champ électrique...) en vue d'applications spécifiques et pour mieux comprendre le mécanisme de nucléation sous champ à l'échelle atomique. La nucléation qui détermine la structure du nanotube synthétisé ajoutera un nouvel outil vers l'objectif du contrôle absolu de la structure des CNT, si important pour les applications. De nouvelles géométries de micropuces seront conçues et fabriquées pour différents aspects de la localisation et de la sélectivité de la croissance de SWNT. Les conditions de synthèse optimales pour les croissances localisées seront transposées à des synthèses sous MEB où sous émission de champ. Des SWNT localisés et individuels positionnés dans des dispositifs seront développés pour deux domaines d'application, les sources d'électrons et les oscillateurs nanomécaniques qui seront couplés dans ce projet. Nous utiliserons un système de détection opto-mécanique sous UHV pour explorer des sujets avancés en nano-mécanique. A terme, une meilleure localisation des catalyseurs déposés couplée à la synthèse sous champ électrique seront utilisées pour produire des cathodes à émission de champ axiales à haute densité de courant et des sources de courant pulsées. Un meilleur positionnement des nanotubes individuels de haute qualité ouvre de nouveaux paradigmes pour des dispositifs de nano électroniques sous vide et en nanomécaniques.

L’élaboration de nanostructures plasmoniques chirales constitue un défi majeur par leurs potentialités sans précédent en nano-optique, en catalyse asymétrique, en photochimie sensible à la polarisation ou la détection de molécules... Dans ce contexte CHIRNATIO vise la conception d'énantiomorphes colloïdaux chiraux à faible dispersion structurale. Divers objets chiraux anisotropes seront développés afin de moduler les propriétés optiques dans la gamme spectrale du visible à l’infrarouge. Afin de mettre en évidence leur potentiel de détection énantiosélective, ils seront organisés en supercristaux. Ce défi est soutenu par une approche originale inégalée dans la littérature, visant à combiner la spectroscopie Raman basse fréquence à partir de modes acoustiques des NCs et la spectroscopie Raman à surface chirale (SERS) pour la détection énantiosélective.

TEXTURES vise à comprendre et à contrôler les excitons (paires électron-trou liées) dans des empilements de matériaux 2D (hétérostructures de van der Waals, vdWH) présentant un désaccord angulaire (twist). Ces systèmes présentent des super-réseaux de moiré, dont les propriétés électroniques et optiques sont modulées à une longueur d'onde définie par l’angle de twist. Le projet TEXTURES est motivé par les récentes observations d'excitons de moiré dans les bicouches «twistées» de matériaux 2D, en particulier de dichalcogénures de métaux de transition semiconducteurs (TMD). L'ingénierie des excitons et des porteurs de charge dans les super-réseaux de moiré est très prometteuse pour la nano-(opto)électronique quantique, mais elle se heurte à des difficultés expérimentales majeures. En effet, les propriétés électroniques et optiques des vdWH sont régies par des effets intrinsèques et extrinsèques, qui se produisent tous à l'échelle (sub)nanométrique. Les avancées technologiques basées sur les matériaux 2D nécessitent des réponses aux questions ci-dessous : Comment le désordre extrinsèque et les superpotentiels de moiré modifient-ils les propriétés optiques des matériaux 2D à l'échelle nanométrique? Comment les excitons se localisent-ils dans les superpotentiels de moiré ? Quelles sont leurs propriétés optiques quantiques ? Comment contrôler la dynamique picoseconde des excitons à l'échelle nanométrique ? Les phénomènes de moiré existant à basse température persistent-ils à température ambiante ? Pour répondre à ces questions, nous allons d'abord fabriquer et caractériser des vdWH ultra-propres avec un angle de twist contrôlé. Ensuite, nous utiliserons un microscope à effet tunnel (STM) équipé d'un accès optique pour réaliser une spectroscopie optique sub-picoseconde, avec une résolution spatiale jusqu'à l'échelle atomique. Ainsi, nous tenterons de résoudre des problèmes fondamentaux essentiels au développement de futures technologies basées sur la physique des moirés.

ONSET est un projet exploratoire cherchant à étudier le potentiel inexploré de nanofeuillets d’oxydes 2D comme briques de base pour la spintronique. Ces nouvelles familles d’oxydes 2D offrent diverses propriétés physiques d’intérêt, telles que de fortes constantes diélectriques, l’existence d’ordres ferroélectriques ou ferromagnétiques à 2D, tout en étant stables à l’air, atout de choix pour la spintronique 2D. Le projet cherchera à démontrer ce potentiel en développant un matériau 2D stable à l’air, ferromagnétique à température ambiante. Pour ce faire, ONSET se focalisera sur le nanofeuillet modèle récemment découvert Ti1-x-yFexCoyO2, un isolant ferromagnétique pouvant être employé comme filtre à spin. Cette famille de nanofeuillets sera étudiée, depuis la synthèse des cristaux massifs lamellaires parents jusqu’à l’intégration de nanofeuillets de Ti1-x-yFexCoyO2 dans des jonctions tunnel magnétiques. Les objectifs de ONSET sont (i) de développer ces nanofeuillets et leurs méthodes d’intégration puis (ii) d’étudier et comprendre par une approche multi-échelle les propriétés électroniques et de transport de spin aux interfaces de ces systèmes hybrides afin d’atteindre in fine de fortes amplitudes de magnétorésistance. La démonstration de prototypes magnétorésistifs fonctionnels intégrant ces nouveaux matériaux 2D constituera un résultat important de ONSET dans le contexte actuel de développement rapide de la spintronique 2D.

Le projet vise au développement d’un méta-réseau constitué de nanoparticules d’or plasmoniques sous forme de tétrapods piégées dans une pince optique multi-piège. Le réseau sera donc sans substrat et actif par modification des propriétés du piégeage optique. Le travail consistera en la synthèse, la caractérisation et la modélisation des tétrapods puis l’étude de leur réponse en doublage de fréquence avant leur insertion dans la pince optique pour la réalisation du méta-réseau. Ce dernier permettra de construire une réponse en doublage de fréquence unique correspondant à l’arrangement exact du réseau. Le caractère actif du réseau conviendra pour des applications en communication ou cryptographie.

Dans les TMDC ternaires 2D, en contrôlant la distribution spatiale des atomes X et Y, la bande interdite et l'orientation du champ électrique interne peuvent être imprimées dans une couche 2D de taille atomique. Ces propriétés, produites par un arrangement atomique 2D, ne sont pas définies localement par un seul atome mais sont des propriétés collectives associées à la structure électronique d’une distribution atomique donnée. Le consortium DEEP2D élaborera des dispositifs 2D où les défauts localisés, les interfaces et les modèles de composition seront conçus dans des alliages ternaires entièrement caractérisés. Des techniques expérimentales couvrant des échelles spatiales du micron au nanomètre seront appliquées pour identifier les arrangements atomiques et les longueurs critiques afin d’exploiter de nouveaux processus. Les expériences seront réalisées à la lumière de prédictions théoriques extraites de calculs de structure électronique ab-initio.

Le but du projet COMODES est de réaliser un nouveau type de sources d’électrons cohérents dans le vide pour la microscopie électronique, la lithographie et la spectroscopie d'électrons. Nous visons une amélioration de la monochromaticité par un facteur au moins 10, comparés aux sources d’émission de champ commerciales ainsi qu’une meilleure stabilité du courant et une réduction du bruit. Cette évolution des sources d’électrons sera rendue possible par la fabrication d’une cavité électronique à très faible perte. Pour ce faire, notre projet s’attachera à obtenir un meilleur contrôle à la monocouche près de l’interface entre un émetteur classique et des molécules uniques, des monocouches auto-assemblées de thiols ou des couches de dichalcogénure de métaux de transition. Ce défi, comparable à la réalisation du LASER pour les sources de lumière, sera relevé par quatre partenaires (ILM, IEMN, C2N, CEA) qui couvrent toute l’expertise requise en émission de champ de nano-objets, synthèse et fabrication de monocouches et modélisation du transport électronique à la nanoéchelle.

Le phosphorène présente de grandes opportunités pour de futures applications en optoélectronique. Un nombre croissant de structures 2D analogues, les allotropes ?, ?, rouge, vert… ont été prédits théoriquement et présenteraient également des structures électroniques très intéressantes. Jusqu’à maintenant, seul le phosphore bleu a été élaboré par une approche bottom-up, i.e., par croissance épitaxiale de phosphore évaporé sur une surface d’or. Le but de notre projet est de déterminer quelles sont les forces motrices qui à l’échelle atomique stabilisent ces allotropes. Orientés par des calculs ab initio, nous utiliserons des surfaces de symétries variées comme substrats pour la croissance de films, et de nanostructures bidimensionnelles. L’analyse des propriétés électroniques calculées, croisées aux mesures de structure de bandes et de spectroscopie tunnel à balayage, nous permettra de comprendre comment s’associent les relaxations des contraintes et les propriétés électroniques locales.

L'inflammation est un processus majeur dans de nombreuses maladies humaines. La phase d'apparition est caractérisée par la stimulation de l'expression du récepteur VCAM-1 par les macrophages/cellules gliales. Détecter précocement l'expression de VCAM-1 dans l'inflammation chronique est donc vital pour éviter des dommages tissulaires, qui apparaîtront lors d’une phase ultérieure. Des données précliniques sur la localisation et la densité de VCAM-1, obtenues avec de hautes résolutions spatiales et temporelles sont indispensables, que seules des techniques de microscopie intra-vitale peuvent fournir. IMAGEin a l’ambition de concevoir et d’étudier les propriétés physico-chimiques et le devenir biologique de nanoparticules organiques fluorescentes (FONs), construites à partir de fluorophores présentant des propriétés de fluorescence induites par aggregation (AIE) dans le proche infra-rouge (NIR) et incorporés dans une enveloppe polymère fonctionnelle. Ces FONs seront ensuite utilisées en application pratique en imagerie biphoton in vivo de l’inflammation grâce au ciblage spécifique du récepteur VCAM-1. IMAGEin se structure en 5 grandes tâches scientifiques. Il s’agira d’abord d’obtenir des fluorophores AIE émettant dans le NIR, en incorporant des hétérocycles électro-donneurs forts comme l’indolizine et l’azaindolizine, dans des structures originales. Un des défis sera de déplacer l'émission dans le NIR, en conservant un rendement quantique de fluorescence à l’état solide convenable. La seconde tâche concerne la production de polymères d'acide hyaluronique (HA) fonctionnalisés pour améliorer les stabilités chimique et biologique des FONs et permettre d’augmenter leurs furtivités in vivo. Ainsi, des groupes thiols seront introduits de manière contrôlée sur HA. Le HA modifié pourra ensuite être réticulé par formation de ponts disulfures. La réactivité des fonctions thiol permettra également l'introduction d'unités d’adressage à la surface des FONs. Puis, le couplage avec des nanobodies cAbVCAM1-5 spécifique de VCAM-1 sera réalisé. L’étape clé sera la préparation de FONs cristallins, de taille inférieure à 50 nm, stables à l'état colloïdal et redipersables dans l'eau, par une procédure de nanoprécipitation/lyophilisation. Afin d'appréhender les paramètres physico-chimiques contrôlant la nanoprécipitation, nous établirons les diagrammes de phases et identifierons les domaines Ouzo, où sont générées des nanoparticules de tailles inférieures à 100nm. La réticulation assurant la stabilité finale et l'ajout de Pluronic F68 favoriseront la cristallisation du noyau au cours de la lyophilisation. Un soin particulier sera apporté pour une production à l'échelle du gramme de dispersions solides de FONs. Le devenir in vivo des FONs, les interactions FONs/protéines seront étudiés, par analyse de la couronne protéique formée in vivo. Enfin, des études de circulation sanguine et de clairance, ainsi que des études par imagerie biphoton chez la souris seront menées. La localisation et la densité du VCAM-1 seront évaluées sur un modèle de neuroinflammation développé chez la souris et des FONs substitués par des ligands ciblants VCAM1-5. Un solide consortium de 5 partenaires s’est construit autour de ce projet, apportant leur expertise complémentaire en chimie des fluorophores, en glycochimie, en chimie des polymères, nanoprécipitation,nanomédicine, et microscopie in vivo.

Différents types de nanoparticules photothermiquement actives à base de fer, tels que les oxydes de fer et le bleu de Prusse seront étudiés en comparaison avec des nanoparticules métalliques plasmoniquement actives. L'incorporation de particules actives dans des matériaux à commutation de spin (SCO) qui changent de taille sous l'effet du chauffage nous permettra de quantifier la chaleur générée par ces particules actives en fonction des conditions d'irradiation laser. La mesure des dynamiques de changement de taille des nanoparticules SCO individuelles sera effectuée par microscopie électronique à transmission ultrarapide (UTEM) avec une résolution spatiotemporelle nanométrique et nanoseconde. Des particules composites (noyau photothermiquement actif dans une coque SCO) seront exposées à des impulsions laser dans le UTEM afin de déclencher et de suivre les changements de taille des SCO. En prenant comme référence des systèmes plasmoniques bien connus et bien définis, le dégagement de chaleur des nouvelles nanoparticules inorganiques à base de fer pourra ainsi être quantifié ; le cas échant, leur éventuelle supériorité sur les particules plasmoniques pourra alors être démontrée. Pour clarifier le mécanisme encore mal connu de génération de chaleur dans les particules à base de fer, des études en spectroscopie de perte d'énergie des électrons -qui permet d’identifier l’état d’oxydation du fer- seront menées avec une résolution temporelle picoseconde afin que les éventuels transferts de charge à l’œuvre ainsi que leur dynamique soient révélés. De plus, des expériences en phase liquide seront menées dans UTEM grâce à des cellules dédiées à la microscopie électronique : les particules photothermiques seront dispersées dans l'eau et la libération de chaleur pourra alors être étudiée « in operando », i.e. dans un environnnement reproduisant de façon réaliste les conditions des prométteuses applications médicales, avec une résolution nanoseconde. En particulier, l'effet Leidenfrost (couche de vapeur autour des particules chaudes) qui entrave la dissipation de chaleur pourra être visualisé pour la première fois à l'échelle nanométrique. Des expériences similaires dans la glace seront menées afin de de suivre la propagation de la chaleur par observation de la propagation du front de fusion.

À l'heure actuelle, dans l'industrie 4.0, le secteur manufacturier est devenu très vulnérable aux cyberattaques sur leurs systèmes de contrôle en réseau (NCS). Ces derniers sont considérés aujourd'hui comme une forme particulière de systèmes cyber-physiques dans lesquels des éléments informatiques et de contrôle collaborent pour commander des entités physiques. Ils fonctionnent dans des environnements en réseau car ils doivent communiquer à distance avec des systèmes de surveillance et de gestion. Cela les rend plus vulnérables aux intrusions et aux cyber-attaques qui peuvent provoquer l'interruption de la production et, au pire, manipuler le processus de contrôle et provoquer un événement catastrophique. L'objectif du projet MENACES est d'utiliser la théorie des systèmes à événements discrets (SED) pour modéliser, analyser le comportement hybride et détecter les attaques de processus industriels. Ces modèles de jumeau numérique prendront en compte les données hétérogènes et les aspects temporels pour la représentation des concepts de sécurité. L'objectif est de développer des méthodes temporelles pour une détection efficace et précoce des cyber-attaques dans les NCS.

En fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre, les caractéristiques mécaniques et la géométrique des pièces produites sont générées au cours de la fabrication. Ces deux aspects sont grandement influencés par les trajectoires du spot laser et par la maitrise locale de l’énergie apportée à la matière. La commande numérique ayant pour rôle de générer les consignes à envoyer aux actionneurs a donc un impact conséquent sur la qualité des pièces produites. Une analyse de plusieurs commandes numériques industrielles employées en fabrication additive a montré que les traitements internes peuvent induire des surfusions locales conduisant à une dégradation de la qualité des pièces produites. Le projet ORACLE vise donc à développer une commande numérique en fabrication additive métallique par fusion laser sur lit de poudre. Plus spécifiquement, il s’agit de modéliser et d’intégrer nativement les contraintes relatives à la machine (galvanomètres et source laser), au procédé et à la production dans les traitements effectués par la commande numérique. Ces travaux ont pour but de maitriser localement l’énergie apportée à la matière lors de la fusion. Pour parvenir à cet objectif, le projet vise à lever les verrous scientifiques et technologiques suivants : 1) développer une solution de contrôle-commande permettant de piloter les actionneurs et 2) optimiser localement les trajectoires et la puissance du laser en tenant compte des contraintes machines et procédé. Au travers de ces deux verrous, le projet ORACLE cherche donc à mettre en lumière l’impact des différents traitements effectués dans la CN en fabrication additive et à bâtir une architecture de commande permettant de répondre aux enjeux techniques et scientifiques actuels et futurs.

Assurer une fiabilité élevée avec de faibles coûts d'exploitation est une exigence opérationnelle importante pour les futurs systèmes de fabrication (par exemple, une usine intelligente, des lignes de production intelligentes). Les approches de fiabilité traditionnelles, cependant, ne peuvent pas être appliquées directement, car elles nécessitent une grande quantité de données de défaillance historiques, qui ne sont souvent pas disponibles pour les futurs systèmes de fabrication. Pour combler cette lacune, ce projet vise à développer de nouvelles approches pour améliorer la fiabilité et réduire les coûts opérationnels des futurs systèmes de fabrication grâce à une évaluation de la fiabilité en ligne et à une planification de maintenance prédictive basée sur des jumeaux numériques. Tout d'abord, un modèle basé sur le jumeau numérique (appelé jumeau de défaillance numérique) sera développé pour simuler le comportement de défaillance des futurs systèmes de fabrication. En combinant des jumeaux numériques avec des modèles de défaillance, le jumeau de défaillance numérique pourrait permettre d'évaluer la fiabilité sans avoir besoin de données de défaillance historiques. Ensuite, un cadre bayésien sera développé pour la mise à jour en ligne de la fiabilité sur la base des données de surveillance de l'état des capteurs. Grâce au mécanisme de mise à jour en ligne, la méthode développée fournira des évaluations de fiabilité plus précises. Troisièmement, nous proposerons une approche basée sur l'apprentissage par transfert pour la prévision de la remaining useful life et la planification de la maintenance prédictive basée. L'approche développée pourrait réduire considérablement la quantité de données d'entraînement requises, car un modèle pourrait être pré-entraîné sur la base des données d'entraînement simulées du jumeau de défaillance numérique, puis affiné en fonction des données de surveillance de l'état collectées en ligne via l'apprentissage par transfert. En collaborat

Le projet GreeenLocal3D se concentre sur des modèles et expérimentations pour faciliter le recyclage en circuit court des déchets plastiques post-consommation à récupérer et à améliorer par des processus de fabrication additive (FA). Dans le cadre d'un nouveau paradigme "recyclage distribué", ce processus doit être accompli par des technologies abordables et flexibles qui couvrent une zone géographique limitée pour constituer l'unité de base d'un "réseau intelligent de recyclage". Plus spécifiquement, l'objectif est d'étudier la possibilité par la FA de revaloriser des types de plastiques jusqu’alors non triés et/ou non recyclés. Afin de pouvoir générer une économie circulaire autour de ces plastiques, nous analyserons toute la boucle de valeur allant du circuit de collecte et de distribution, jusqu’à leur valorisation sous forme de matériaux imprimables par fabrication additive via la maitrise combinée de leurs procédés de transformation et de de leur formulation. Pour illustrer le potentiel de la méthodologie mise en œuvre nous évaluerons pour différents couples produits/matériaux la faisabilité de l’approche proposée et ce à différentes positions de la boucle de valeur. A l’échelle macro, nous qualifierons les gisements de déchets plastiques disponibles au niveau des centres de tri et à l'échelle d'un territoire. Nous analyserons la composition des plastiques non triés et dimensionnerons les volumes de thermoplastiques disponibles et utilisables en impression 3D (plus particulièrement pour le PLA). Nous proposerons alors, dans une approche multi-outils, une analyse des flux de matières ainsi qu’un diagnostic global permettant de cartographier et caractériser la filière en devenir. A l’échelle micro, nous étudierons le potentiel d’utilisation des matières premières dans les procédés de FA. Des études scientifiques seront réalisées sur des mélanges de polymères modèles avec l’objectif de transférer les résultats à des plastiques à recycler.

L’hétérodimère alpha-béta de tubuline est la protéine constitutive des microtubules. L’hydrolyse de la molécule de GTP liée à la sous-unité béta qui accompagne l’assemblage rend les microtubules intrinsèquement dynamiques. Cette dynamique est régulée dans la cellule par différentes familles de protéines, qui vont pour l’essentiel stabiliser ou déstabiliser les microtubules. Un autre niveau de régulation vient de l’hétérogénéité des molécules de tubuline, qui est due à l’expression de différentes isoformes et à des modifications post-traductionnelles. Par analogie avec le code épigénétique des histones, l’ensemble de ces variations est regroupé sous le terme de « code tubuline ». Le projet MICROMETHYL a pour objectif la caractérisation d’un type de modifications de la tubuline découvert récemment, la méthylation de résidus lysine. Les modifications post-traductionnelles des macromolécules font appel à trois types d’acteurs. Les enzymes « writers » et « erasers » vont introduire ou enlever des modifications chimiques, qui, en aval, seront reconnues par les protéines « readers ». Chez la tubuline, la partie C-terminale flexible de ses deux sous-unités, longue de 15 résidus environ, concentre de nombreuses modifications post-traductionnelles, certaines étant spécifiques de cette protéine. Par comparaison, la méthylation est une modification plus répandue chez les macromolécules et va concerner des lysines de la partie structurée de la tubuline. La tubuline est ainsi le substrat de trois méthyltransférases aÌ domaine SET qui ciblent la sous-unité alpha. C’est le cas de SETD2 qui va méthyler la lysine 40, une modification qui sera reconnue par la protéine « reader » PBRM1. C’est le cas également de SET8 et son cofacteur, le facteur de transcription LSF, qui modifient la lysine 311, et de SMYD2 qui cible la lysine 394. Ces trois méthyltransférases sont connues pour modifier également les histones, soulevant l’hypothèse d’une connexion entre l’épigénome et le cytosquelette. Dans ce cadre général, le projet MICROMETHYL a pour objectifs de caractériser le mécanisme catalytique de méthylation de la tubuline, les conséquences de ces modifications sur la dynamique des microtubules, et leur fonction au sein de la cellule. Pour atteindre ces différentes objectifs, nous développerons des approches d’enzymologie et de biologie structurale, associées à des expériences de biologie cellulaire et d’assemblage des microtubules suivi par turbidimétrie et par microscopie de type TIRF. Même si le projet MICROMETHYL est avant tout un projet de recherche fondamentale, il aura également des retombées dans le domaine médical. En effet, le dérèglement des protéines impliquées dans la méthylation de la tubuline, que ce soit les méthyltransférases, la protéine oncogène LSF, ou la protéine « reader » PBRM1, est lié à l’apparition de maladies humaines, et en particulier de cancers.

Les cellules établissent un réseau spectaculaire de protéines qui leur permet de recevoir et de traiter des signaux. Parmi les protéines essentielles orchestrant la signalisation, la famille des petites GTPases joue un rôle central en fonctionnant comme des interrupteurs moléculaires qui alternent entre une forme inactive liée au GDP et une forme active liée au GTP et qui transmet des signaux. Le cycle d'activation-inactivation des petites GTPases doit être étroitement contrôlé afin de garantir une action moléculaire appropriée et une spécificité de réponse aux signaux. Dans ce projet, nous nous intéressons à la petite GTPase Rac1, un régulateur clé de la motilité cellulaire, de l'endocytose et de la croissance. Rac1 est régulé par un ensemble des GEF et des GAP, qui permettent une réponse rapide et localisée aux perturbations afin d'assurer une polymérisation efficace de l'actine lors de la migration ou de l'adhésion cellulaire. En plus de ses régulateurs classiques, Rac1 possède également un régulateur atypique, Bcr (Breakpoint Cluster Region protein) qui porte à la fois les activités GEF et GAP. La fonction de Bcr n'est pas connue. Bcr a été essentiellement étudiée dans le contexte du chromosome de Philadelphie, l'anomalie génétique où la chimère Bcr-Abl est produite par réarrangement chromosomique et qui est impliquée dans la leucémie par une activité excessive de la kinase Abl1. Étonnamment, la façon dont le clivage au sein de Bcr lors du réarrangement affecte sa régulation de Rac1 n'a jamais été étudiée. De plus, le rôle de régulation de Rac1 par les activités GEF/GAP atypiques de Bcr n’est toujours pas compris. Mon objectif est de déterminer comment les activités GEF et GAP du régulateur atypique Bcr contrôlent l'activité de Rac1 à la périphérie de la membrane de manière quantitative, comment cette activité est soutenue par la structure Bcr et les changements de conformation lors de la liaison à la membrane. Ce projet va également éclaircir les dysfonctionnements de Bcr dans des pathologies.

Les centres fer-soufre (Fe-S) sont des cofacteurs de protéines intervenant dans une myriade de processus biologiques essentiels. Ils sont synthétisés par des machineries multi-protéiques très conservées via un processus séquentiel dont la plupart des étapes sont encore inconnues. En raison du rôle intrinsèquement essentiel des clusters Fe-S, tout disfonctionnement dans le processus de leur biogénèse conduit à des maladies graves (anémie, cancer, myopathie); la plus fréquente d’entre elles étant l'ataxie de Friedreich, une maladie neurodégénérative et cardiaque causée par un défaut d’expression de la frataxine (FXN), un activateur de la synthèse des clusters Fe-S. La biosynthèse des clusters Fe-S est réalisée dans la mitochondrie sur la plateforme d’assemblage ISCU dans laquelle est inséré un ion Fe2+, puis du soufre fourni par la cystéine désulfurase NFS1 sous la forme d’un intermédiaire persulfure s’échangeant entre résidus cystéines (Cys-SSH). Le persulfure est réduit en sulfure par le système ferrédoxine-ferrédoxine réductase FDX2-FDXR, générant in fine un centre [2Fe2S]. La protéine FXN stimule cette réaction en accélérant l’étape de transfert de persulfure entre NFS1 et ISCU. Lorsque la concentration en FXN ou FDX2 devient supérieure à celles de NFS1 et ISCU, la réaction d’assemblage est ralentie, permettant ainsi de réguler finement la biosynthèse des clusters Fe-S. Le projet FESAM vise à répondre à plusieurs questions concernant le processus d’assemblage: (i) Par quel mécanisme le fer et le persulfure sont-ils insérés de manière séquentielle dans ISCU? (ii) Comment les ions sulfures produits par réduction de persulfure sont-ils retenus au sein d’ISCU ? (iii) Comment le centre [2Fe2S] est-il généré à partir d’un centre mononucléaire à fer dans ISCU ? (iv) Par quel mécanisme FXN accélère-t-elle le transfert de persulfure ? (v) Comment l’assemblage est-il régulé en fonction des concentrations relatives de FXN et FDX2 ? Pour répondre à ces questions, le projet FESAM s’appuie sur la reconstitution in vitro d’une machinerie ISC murine fonctionnelle et physiologiquement pertinente, à partir des protéines ISCU, NFS1, FDX2, FDXR et FXN purifiées. Nous avons également réalisé une étude parallèle avec le système ISC procaryote reconstitué nous ayant permis d’isoler des intermédiaires non accessibles avec le système mammifère. Grâce à ces systèmes, nous avons observé que le transfert de persulfure et sa réduction par FDX2 sont des processus fer-dépendants impliquant la formation d’espèces transitoires fer-persulfure et fer-sulfure. Nos données suggèrent également que la formation de centre [2Fe2S] passe par la dimérisation d’ISCU et que la régulation du processus d’assemblage repose sur une compétition entre FXN et FDX2 pour la fixation à NFS1 et ISCU. Sur la base de ces données, l’objectif global du projet FESAM est d’établir la séquence d’assemblage des clusters Fe-S par la caractérisation moléculaire et atomique fine des intermédiaires de ce processus par RPE, XAS, Mössbauer, Masse native, cristallographie aux rayons X et cryo-EM. Le projet repose sur une collaboration entre quatre groupes complémentaires et experts en biochimie, spectroscopies et structures des métalloprotéines. Ce projet devrait permettre d’établir les bases structurales du processus de biosynthèse des clusters Fe-S, du mode d’action de FXN et de la régulation croisée par FXN et FDX2. Ces données auront des retombées significatives dans le domaine biomédical pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement de l’ataxie de Friedreich et des autres maladies liées à un défaut de biosynthèse des clusters Fe-S.

Outre leur rôle dans la dégradation des macromolécules et organites, les lysosomes agissent comme des centres de signalisation qui détectent et transduisent des signaux internes, tels que les niveaux d’acides aminés, pour coordonner des réponses cellulaires. Un exemple bien caractérisé est l'activation du complexe protéine kinase mTORC1, un régulateur maître de la croissance cellulaire, à la surface des lysosomes par les acides aminés. Un autre complexe formé par les protéines C9orf72, SMCR8 et WDR41 (complexe CSW), qui agit comme une GAP (GTPase-activating protein) vis-à-vis de petites GTPases, est recruté sur les lysosomes lors d’une carence en acides aminés. Son récepteur lysosomal est la protéine à motifs « PQ loop » PQLC2, qui sert aussi de transporteur lysosomal d’acides aminés cationiques. PQLC2 a ainsi une double fonction de transporteur et récepteur : il agit comme un « transcepteur ». Le complexe CSW a été impliqué dans des maladies neurodégénératives. Cependant, son rôle biologique reste mal caractérisé. Dans ce projet, nous utiliserons des techniques biochimiques, spectroscopiques, électrophysiologiques et de biologie cellulaire appliquées à des protéines purifiées, des systèmes reconstitués et des cellules vivantes pour caractériser l’articulation entre les fonctions de transport et de signalisation de PQLC2. Bien que les premiers transcepteurs aient été découverts chez la levure il y a vingt ans, ces protéines hybrides restent peu étudiées. Le mécanisme de transcepteur, selon lequel les transitions structurales d’accès alterné des transporteurs membranaires peuvent servir à transduire des signaux, reste un concept directeur plutôt qu'un mécanisme bien établi. Notre proposition vise à combler cette lacune en déterminant le mécanisme moléculaire d’un transcepteur d'acides aminés d’intérêt clinique.

Les lyssavirus (LYSV) sont des virus enveloppés de la famille des Rhabdoviridae. Ils causent des encéphalites mortelles. Le virus de la rage (RABV), le plus connu du genre, est responsable de 59 000 décès par an. Les lyssavirus sont suffisamment divergents pour échapper à la réponse immunitaire induite par les vaccins antirabiques. Les LYSV ont une glycoprotéine G transmembranaire, essentielle pour l'entrée virale. G se lie aux récepteurs cellulaires, déclenchant l’endocytose du virus. Lors de l'acidification de l'endosome, G subit une transition structurale depuis sa forme pré-fusion trimérique vers sa conformation post-fusion qui catalyse la fusion entre les membranes virale et endosomale. Au cours de ce changement, G expose des motifs hydrophobes, les boucles de fusion, qui interagissent avec la membrane cible et la déstabilisent. Comme toutes les G de rhabdovirus, elle appartient à la classe III des glycoprotéines virales de fusion qui englobe la gB des herpèsvirus et la gp64 du baculovirus. Bien que les LYSV soient des agents pathogènes humains reconnus, les données structurales les décrivant sont rares. Ce projet comblera cette lacune en déchiffrant les bases moléculaires de l'entrée des LYSV dans la cellule et de leur neutralisation par les anticorps. Pour cela, il réunit deux équipes aux compétences complémentaires en virologie moléculaire, cellulaire, structurale et cryo-ME. Il a 4 objectifs interdépendants. Le premier consiste à exprimer plusieurs ectodomaines LYSV G (Gect) dans des lignées cellulaires de drosophile. Ces ectodomaines seront purifiés et leur structure sera déterminée par cristallographie. Nous étudierons aussi la structure de RABV Gect en complexe avec des partenaires pertinents tels que des FAbs ou des formes solubles de récepteurs par cristallographie et cryo-ME. Certains ectodomaines de LYSV G s'assemblent en objets cylindriques allongés ayant une symétrie hélicoïdale. Le 2ème objectif est d'exploiter cette symétrie et d'utiliser la cryo-ME pour déterminer la structure de G dans ces assemblages. Ces réseaux de G, également observés à la surface virale, semblent jouer un rôle crucial à un stade tardif du processus de fusion. L'un des défis dans le domaine est d'obtenir la structure de la glycoprotéine complète (GFL) des rhabdovirus (i.e. avec ses domaines transmembranaire et intraviral). C'est notre 3ème objectif. Nous avons déjà mis en place des protocoles pour isoler GFL (de plusieurs rhabdovirus) à l'aide de détergents et obtenu des densités électroniques de VSV GFL sous 3 conformations (pre-, post-fusion et lié à un anticorps). Nous utiliserons plusieurs approches dont la cristallisation en phase cubique lipidique et l'analyse d'images en particules isolées de GFL solubilisée par des détergents ou incorporée dans des nanodisques par cryo-ME. Nous caractériserons également G à la surface virale par cryo-tomographie électronique. Enfin, dans le dernier objectif, nous construirons des mutants que nous caractériserons fonctionnellement pour valider les hypothèses issues de l'analyse structurale. Des approches d'évolution expérimentale seront aussi utilisées pour approfondir notre compréhension des relations structure-fonction. Ce projet apportera des données structurales sur la G des LYSV. Nous espérons mieux comprendre les bases moléculaires régissant l'interaction entre RABV G et ses récepteurs, ainsi que la neutralisation du virus par les anticorps. Au-delà du domaine des rhabdovirus, les données obtenues permettront d'éclairer la structure, la transition structurale et le fonctionnement des glycoprotéines de fusion de classe III. Ils devraient également améliorer notre compréhension des mécanismes de la fusion virale. Les résultats de ce projet de recherche fondamentale, pourraient avoir des retombées dans le domaine médical pour la conception rationnelle de nouvelles molécules antivirales ciblant RABV G et interférant avec l'entrée virale et de vaccins à large spectre contre les LY

La diffraction électronique sérielle (SED) et la nano-cristallographie sérielle au synchrotron (nano-SSX) sont deux méthodes émergentes de la biologie structurale dans lesquelles les données sont collectées à partir de nanocristaux de protéines, grâce à des nano-faisceaux d'électrons ou de rayons X, respectivement. Ces méthodes sont pressenties pour mener l'avenir de la nano-cristallographie des protéines, compte tenu de leur coût limité et de la quantité réduite d'échantillon requise. Combinant l'expertise des équipes Colletier, Lereclus (France) et Miller (Canada), le projet visera à déterminer les limites de la SED et de la nano-SSX en répondant à quatre questions d'importance fondamentale. Spécifiquement, (i) la SED et la nano-SSX peuvent-elles être appliquées pour résoudre la structure de protéines nanocristallines au sein d'une cellule ? (ii) Quelle est la plus petite taille de cristal compatible ? (iii) Une méthode de cristallisation in vivo peut-elle être développée en utilisant la bactérie cristallifère Bacillus thuringiensis et sa panoplie de protéines naturellement cristallines comme milieu et chaperonnes de cristallisation, respectivement ? (iv) Enfin, des expériences résolues en temps sont-elles possibles ? Par ses réponses, le projet SNaX permettra d'explorer les limites de la SED et de la nano-SSX, et de pleinement réaliser leurs promesses pour la nano-cristallographie.

Le trafic lipidique non vésiculaire aux sites de contact membranaires (SCM) est un mécanisme clé permettant de préserver l’identité membranaire d’organites tels que la mitochondrie (Mito) ou les gouttelettes lipidiques (GL) exclues de la voie vésiculaire. Les mitochondries (production d’énergie) et les gouttelettes lipidiques (réserve d’énergie) sont essentielles à l’homéostasie et à la bioénergétique cellulaires. Leurs fonctions requièrent un échange constant et régulé de lipides avec le réticulum endoplasmique (RE), lieu principal de la synthèse lipidique, au niveau des SCM. Des activités spécifiques de biosynthèse des lipides se centralisent dans des sous-domaines du RE en contact avec les mitochondries, appelés Membranes du RE Associées aux Mitochondries (MAM). Comment les lipides sont transférés du RE aux mitochondries ou GLs est encore largement inconnu. De plus, comment et où sont générées les GLs au RE est aussi ignoré. Notre projet multidisciplinaire propose de caractériser le rôle d’une nouvelle association Mito-GL-RE sur le trafic lipidique non vésiculaire et sur la biogénèse des GLs en étudiant deux protéines de transfert de lipides, récemment identifiés par notre groupe. La compréhension du rôle d'ORP5/8 au niveau de la connexion Mito-MAM-GL aura un impact majeur non seulement dans le domaine du trafic des lipides et des SCM, mais aussi, à long terme, sur notre compréhension des mécanismes physiopathologiques de diverses maladies où les fonctions des MAM et des GLs sont altérées, dont la maladie d'Alzheimer.

La capacité de survie d'un organisme dépend, du moins en partie, de sa capacité à percevoir et à répondre à des changements soudains dans son environnement. Cela est particulièrement vrai pour les bactéries, qui ont conçu un large éventail de stratégies pour répondre au stress, y compris la capacité de rapidement remodeler et compacter leur nucléoïde, notamment pour protéger leur patrimoine génétique. Avec les préoccupations sociétales croissantes que sont la résistance aux antibiotiques et la menace d’une libération de micro-organismes potentiellement pathogènes dans l'environnement suite au réchauffement climatique, il existe un besoin urgent de mieux comprendre les mécanismes universels de la réponse au stress chez les bactéries. L'objectif du projet NUC-STRESS est de mettre en lumière les mécanismes responsables des changements remarquables dans l'organisation des nucléoïdes induits par le stress chez les bactéries. Pour atteindre cet objectif, nous proposons de mettre en œuvre une approche interdisciplinaire et multi-échelle pour caractériser la structure et la dynamique du nucléoïde de l'organisme le plus résistant aux rayonnements sur terre, Deinococcus radiodurans, dans des conditions de croissance normales et en réponse aux rayonnements UV et ionisants. De par sa grande taille et son exceptionnelle résistance aux rayonnements, D. radiodurans est particulièrement bien adaptée à cette étude, qui combine des analyses à l'échelle du génome avec des approches de microscopie optique et électronique et de biologie structurale intégrée. S'appuyant sur des données préliminaires solides, le consortium composé de quatre partenaires hautement complémentaires, unira ses forces et son expertise dans des techniques in vitro, in vivo et in silico pour faire de ce projet un succès.

Contexte scientifique. L'oligomérisation de protéines membranaires est nécessaire pour la signalisation et le trafic dans les tissus sains ou malades. De nombreux travaux théoriques ont ?été?consacrés à déterminer les mécanismes physiques qui conduisent à ce processus, en particulier les interactions médiées par les membranes, mais très peu d'expériences ont permis de les tester quantitativement. Pour relever ce défi, nous avons conçu un nanosenseur de force basé sur la nanotechnologie ADN pour mesurer, pour la première fois, les forces développées lors de la formation de dimères et d'oligomères de protéines membranaires. Nous appliquerons ce nanosenseur à 2 systèmes complémentaires : i) la sous-unit? B de la toxine de Shiga (STxB), partie d'un agent pathogène humain qui se lie à son récepteur glycolipidique Gb3 à la membrane plasmique, et est utilisé comme outil pour l'administration d’immunomodulateurs pour l’immunothérapie anticancéreuse ; ii) Patched homolog 1 (Ptch1), une protéine transmembranaire de la voie de signalisation morphogène Hedgehog (Hh), dont l'activité de pompe à efflux du cholestérol et de médicaments contribue à la résistance à la chimiothérapie anticancéreuse. Principaux objectifs et méthodes du projet. Notre projet interdisciplinaire réunit des physiciens expérimentaux et théoriciens, des biochimistes et des chémobiologistes cellulaires pour : - Calibrer mécaniquement notre nanosenseur pour la mesure directe de forces entre protéines membranaires de l'ordre du pN (ligation ADN-protéine, transfert d'énergie de fluorescence par résonance en molécule unique (smFRET), microscopie interférentielle par diffusion (iSCAT), théorie). - Utiliser le nanosenseur étalonné pour mesurer les forces entre 2 molécules de STxB liées à la membrane, et leur variation avec la tension membranaire, la structure moléculaire du Gb3 et la machinerie cytosolique (aspiration par micropipette, synthèse chimique de glycolipides et reconstitution dans des membranes modèles ou des cellules). - L'utiliser pour mesurer, sur des membranes modèles ou cellulaires, comment les interactions entre 2 protéines Ptch1 sont modulées par leur ligand Hh, la composition lipidique de la membrane, la machinerie cytosolique ou par des petites molécules inhibitrices utilisées pour renforcer la chimiothérapie anticancéreuse (construction fonctionnelle de Ptch1 modifiée par un acide aminé non naturel, purification et reconstitution dans des vésicules unilamellaires géantes, ligation ADN-protéine sur membrane). Résultats attendus. Avec ce projet nous espérons développer un outil novateur en biophysique des membranes qui permettra de tester quantitativement les modèles théoriques sur l'oligomérisation des protéines et d'obtenir des conclusions solides sur les mécanismes sous-jacents. Notre nanosenseur sera le premier qui permette de mesurer directement des forces attractives entre protéines membranaires. Grâce à cet outil unique, nous espérons notamment démontrer que les forces induites par les fluctuations (de type "Casimir"), peu étudiées jusque-là, jouent un rôle clé dans l'oligomérisation. En outre, notre projet devrait permettre de trancher si les oligomères de Ptch1 préexistent ou non à la liaison de Hh et s'ils sont nécessaires à ses activités de transport du cholestérol et d'efflux de médicaments, indépendantes de Hh. D'autres protéines membranaires, telles que les récepteurs couplés aux protéines G, les récepteurs HER2 ou les récepteurs de cytokines, doivent aussi s'oligomériser pour permettre leurs fonctions de signalisation ; notre nanosenseur devrait donc ouvrir de nouvelles perspectives dans la recherche sur ces récepteurs, importants sur les plans physiologique et pathologique. De plus, la résistance aux médicaments conférée par l'expression de Ptch1 dans les tumeurs est un domaine d'intérêt croissant ; il existe donc un marché potentiel pour des outils comme notre nanosenseur de force pour résoudre ce challenge dans le traiteme

Les mutations de l'ADN ont des conséquences importantes, de l'évolution aux maladies. Les dysfonctionnements de la réparation de l'ADN et de la transcription, et les expositions aux mutagènes peuvent augmenter le taux de mutations. Il reste encore mal compris comment la relation entre ces processus influence la mutagenèse. La réparation couplée à la transcription (TCR) réduit les taux de mutations, en éliminant les lésions du brin transcrit. La transcription peut induire également une mutagenèse associée (TAM). Leur contribution relative à la mutagenèse et les mécanismes précis restent mal compris. Notre hypothèse est que la transcription affecte le taux de mutations par différents mécanismes, conduisant à une asymétrie du brin pour les profiles mutationnels liée à la transcription. De plus, nous avons récemment découvert une nouvelle fonction du Médiateur dans la TCR et suggérons son implication dans la mutagenèse. Ce projet interdisciplinaire vise à améliorer notre compréhension des processus mutationnels en déchiffrant comment la transcription et la réparation de l'ADN influencent la mutagenèse, en utilisant une approche innovante basée sur la microfluidique, la génomique et l'analyse computationnelle de l'accumulation de mutations chez la levure combinée à l'exposition aux mutagènes, et en mesurant directement la transcription. Pour disséquer les mécanismes moléculaires impliqués, nous allons : (i) décrypter l'impact de la transcription et de la réparation de l'ADN sur la mutagenèse ; (ii) développer un modèle computationnel quantitatif et prédictif pour déchiffrer la signature des processus mutationnelles, combiné à des mesures directes de l'activité transcriptionnelle; (iii) valider notre modèle quantitatif en réalisant des expériences et des analyses d'accumulation de mutations basées sur ses prédictions. Ce projet contribuera dans notre compréhension des mécanismes des processus mutationnels liés à la transcription à l'origine des maladies humaines.

L'épissage alternatif en permettant d'augmenter le répertoire des ARNm a un impact direct sur la fonction des protéines et donc sur le contrôle du destin cellulaire. De nombreuses données soulignent l’importance des modifications chromatiniennes qui favorisent ou défavorisent l'inclusion d'un exon alternatif. Le variant d'histone H2A.Z participe au contrôle de l'expression des gènes et de la stabilité génétique. Cependant, un certain nombre de données publiées ou préliminaires suggèrent que H2A.Z participe également au contrôle de processus liés à l'élongation de la transcription et au traitement des pré-ARNm. Notre objectif est donc d'étudier la fonction des deux isoformes humaines H2A.Z.1 et H2A.Z.2, qui constituent ensemble la H2A.Z humaine, dans la régulation de l'épissage. Plus précisément, nous (i) évaluerons l'impact sur l'épissage de la déplétion de l'expression de H2A.Z.1 et/ou H2A.Z.2 à l'aide d'un dégron ; (ii) étudierons le mécanisme impliqué, en testant le rôle des isoformes H2A.Z dans le recrutement des facteurs d'épissage et dans le contrôle de la vitesse de l'ARN polymérase (Pol) II ; et (iii) testerons si les mécanismes identifiés ci-dessus sont importants pour l'engagement dans un destin cellulaire. Ce projet sera abordé par le groupe de Didier Trouche, un leader dans la fonction de H2A.Z et le groupe de Reini Luco, une pionnière dans l'étude du rôle de la chromatine dans la régulation de l'épissage alternatif. Ce projet, basé sur de solides données préliminaires, bénéficiera d’un ensemble de données uniques sur l'occupation des isoformes H2A.Z que nous avons générées. Nous effectuerons une déplétion rapide et robuste des isoformes H2A.Z à base d'auxine suivi d’une analyse par les techniques up-to-date des changements dans l'épissage, du recrutement des facteurs d'épissage et de la vitesse de l'ARN pol II, ce qui permettra une compréhension unique de la fonction de H2A.Z dans le contrôle épigénétique de l'épissage chez les mammifères.

L'empreinte génomique est le phénomène épigénétique chez les mammifères dans lequel l’expression mono-allélique des gènes est dictée par leur origine parentale. Les gènes soumis à l’empreinte jouent des rôles clés dans le développement, la croissance et le comportement. Leur perturbation épigénétique conduit à des maladies congénitales. La plupart sont regroupés en clusters occupant de larges domaines. Il reste néanmoins à établir quels éléments régulateurs et structuraux différencient les deux chromosomes parentaux, et quelles sont leurs interdépendances pour assurer l’expression mono-alléliques des gènes soumis à l’empreinte. Basé sur notre travail récent, nous formulons l’hypothèse que des ARN longs non codants (lncRNAs) soumis à l’empreinte sont essentiels dans ce processus. Notre projet IMP-domain répond à cette question par l’utilisation conjointe d’approches à haut-débit et ciblées à un domaine spécifique. A l’aide de cellules de souris pluripotentes et différenciées, nous explorerons les rôles structurels et régulateurs des lncRNAs qui s’accumulent en cis. Leur fonction sera investiguée dans le contexte des domaines d’association topologiques (TADs) ainsi qu’en lien avec le programme de réplication et la localisation sub-nucléaire des loci. Nous formulons l’hypothèse que certaines caractéristiques structurales des lncRNAs sont essentielles pour assurer une régulation en cis à l’échelle du domaine entier, probablement par interaction avec des protéines ou par modulation de la structure 3D de la chromatine. Cette idée sera explorée fonctionnellement par des investigations structurelles suivies de perturbation ciblées des lncRNAs. IMP-domain regroupe trois équipes à expertise complémentaire en empreinte génomique, structure de la chromatine, épigénomique et biophysique des lncRNAs. Nous anticipons que ce projet fournira des éclairages mécanistiques importantes, et améliorera notre compréhension de l’empreinte en situation normale et pathologique.

L'altération du métabolisme de l'ARN est impliquée dans plusieurs maladies, notamment la dystrophie myotonique de type 1 (DM1). La DM1 est la maladie neuromusculaire héréditaire la plus fréquente de l'adulte, mais elle affecte des patients de tous les âges, des tissus et des types cellulaires variés. Elle s’accompagne d’une atteinte neurologique handicapante, dont les mécanismes restent méconnus. La pathologie moléculaire fait intervenir principalement une altération de l'activité des protéines MBNL, une famille de facteurs de liaison à l'ARN qui régulent l'épissage alternatif, la polyadénylation des ARN et le trafic intracellulaire des transcrits. Ces mécanismes, et notamment la distribution de l'ARN par domaines subcellulaires, sont essentiels pour la dynamique fonctionnelle des cellules du cerveau, y compris les astrocytes - un type cellulaire hautement ramifié. Nos travaux précédents montrent des anomalies importantes dans les astrocytes et suggèrent une composante non neuronale de la pathologie cérébrale de la DM1. Dans ce projet, nous étudierons l’impact des altérations des protéines MBNL1 sur la fonction astrocytaire dans la DM1, et comment ces anomalies conduisent à un dysfonctionnement du cerveau. Nous combinerons l'expertise multidisciplinaire de quatre partenaires et leurs modèles complémentaires de la maladie (souris transgéniques, cellules iPS et organoïdes). Nous analyserons la pathogenèse cérébrale par des techniques de transcriptomique, bioinformatique et imagerie. Nos résultats permettront d’élucider des aspects fondamentaux de la biologie des ARN dans les astrocytes, et corroboreront le rôle émergent des astrocytes dans l’étiologie des maladies neurologiques. Grâce à l'identification des voies moléculaires perturbées et au développement de nouveaux modèles murins et humains, notre recherche établira des connaissances solides et des outils de recherche pertinents pour répondre aux besoins thérapeutiques de la DM1.

La conjugaison bactérienne est un mécanisme de transfert horizontal de gènes d’une bactérie donneuse vers une bactérie receveuse. La conjugaison a d'importantes implications en sciences de la vie, notamment l'évolution des génomes bactériens, les applications en bio-ingénierie et la dissémination de nouveaux traits génétiques. En effet, la conjugaison est responsable de 80 % de la transmission de résistances aux antibiotiques chez les bactéries, qui est l'une des plus grandes préoccupations de santé publique mondiale et un énorme fardeau économique. La séquence d'événements du processus de conjugaison est bien documentée, cependant, principalement en raison de limitations technologiques antérieures, nous manquons encore d'une compréhension détaillée des mécanismes moléculaires, des régulations spatio-temporelles et des facteurs hôtes et plasmidiques impliqués. En particulier et malgré son importance critique, nous savons très peu de choses sur la cascade de réactions qui se produisent dans la cellule receveuse entre l'acquisition du plasmide et l'établissement de nouvelles propriétés métaboliques. Utilisant l'expertise hautement complémentaire et synergique de deux équipes en microscopie de cellules vivantes et en génétique moderne, le projet Eta-2 (i) décrira la dynamique en temps réel de la conjugaison à l'échelle cellulaire et la réponse globale de la cellule à l'acquisition du plasmide, (ii) identifiera le rôle des facteurs hôtes et plasmidiques dans le processus de conjugaison, (iii) examinera l'influence des antibiotiques sur le processus de conjugaison. Les résultats attendus permettront de comprendre comment une bactérie commensale est convertie en bactérie résistante, et fourniront une compréhension intégrée des mécanismes de conjugaison et de son rôle dans la dissémination des résistances. Ces recherches pourraient conduire à l'identification de nouvelles cibles ou méthodes pour lutter contre la dissémination des résistances aux antimicrobiens.

La maladie de Huntington (HD) est une maladie neurodégénérative rare, affectant de façon primaire le striatum. Les mécanismes précoces impliqués dans le dysfonctionnement des neurones HD sont mal compris. Des dérégulations précoces du métabolisme énergétique et de l’acétylation des histones, en particulier au niveau des gènes d’identité, caractérisent le striatum HD, et pourraient contribuer à son dysfonctionnement. Le métabolisme énergétique et l’acétylation des histones sont des mécanismes étroitement liés, via notamment le métabolisme du glucose, qui contrôle la production nucléaire d’acétyl-CoA, nécessaire à l’acétylation des histones. En combinant des approches d’epigénomique, transcriptomique, protéomique, métabolomique et de marquage avec des isotopes stables in vivo chez la souris, le projet explore une nouvelle hypothèse selon laquelle l’altération du métabolisme énergétique serait à l’origine de la dérégulation épigénétique et du dysfonctionnement du striatum HD.

Une cellule humaine, outre l'ADN nucléaire, contient des milliers de copies d'ADN mitochondrial (ADNmt), une molécule circulaire à double brin de 16569 pb. Il a été proposé que l'ADNmt soit une cible critique des espèces réactives de l'oxygène, sous-produits générés dans l'organelle lors de la respiration aérobie. Paradoxalement, la majorité des mutations de l'ADNmt qui se produisent au cours du vieillissement et du cancer sont des transitions et non des transversions. En outre, ces mutations présentent un biais d'orientation des brins: Les mutations T?C/G?A se produisent préférentiellement sur le brin léger (L), tandis que les mutations C?T/A?G se retrouvent majoritairement sur le brin lourd (H). Précédemment, afin d’expliquer ce phénomène, nous avons proposés que la majorité des progénitures de l'ADNmt, créées après de multiples cycles de réplication de l'ADN, proviennent uniquement du brin H, en raison de la réplication asymétrique d'un seul brin d'ADN. En nous inspirant de l'expérience originale de Meselson-Stahl (1958), utilisant le marquage par isotope stable d'un chromosome bactérien pour répondre à la question fondamentale sur le mode de réplication de l'ADN dans les organismes cellulaires. Nous proposons ici d'utiliser cette approche pour étudier la réplication de l'ADNmt. Dans un premier temps, l'ADN sera marqué à l’azote-15 (15N) en cultivant des cellules humaines dans un milieu enrichi en cet élément. Ensuite, les cellules seront transférées dans un milieu normal 14N et le rapport 15N /14N dans les brins H et L de l'ADNmt sera mesuré à différents instants. La comparaison des changements du rapport isotopique dans les brins L et H au cours du temps de croissance nous permettra de vérifier si le rapport isotopique dans le brin H diminue plus lentement que dans le brin L. Les données obtenues permettront de distinguer l'hérédité symétrique et asymétrique des brins d'ADN et de mieux comprendre le mode inhabituel des mutations somatiques dans l'ADNmt humain.

Les télomères protègent les extrémités natives des chromosomes en les empêchant d'être reconnues et traitées comme des extrémités issues de cassures chromosomiques. Cette fonction essentielle des télomères est une pierre angulaire de la stabilité des chromosomes. L'incapacité à protéger les télomères entraîne des fusions chromosomiques dont l'instabilité mitotique conduit à des processus mutationnels catastrophiques. La rareté de ces événements repose sur une protection efficace des télomères établie par un ensemble limité de protéines présentes aux télomères. La protection complète des télomères est le résultat d'une synergie entre plusieurs mécanismes co-existants qui se s’assurent mutuellement. Malgré deux décennies d'études, les mécanismes moléculaires établis par les facteurs télomériques sont encore mal compris aujourd'hui. Pour aborder cette question, nous nous étudions les mécanismes moléculaires individuels de la protection des télomères en utilisant deux systèmes modèles complémentaires: (i) la levure Saccharomyces cerevisiae pour résoudre l’ensemble des voies de protection des télomères contre les fusions et (ii) la levure Schizosaccharomyces pombe pour explorer les points communs entre les espèces et pour ses caractéristiques partagées avec les télomères humains. Nous y parviendrons (i) en disséquant chaque voie isolément des autres et (ii) en combinant un large ensemble d'approches complémentaires in vivo et in vitro.

La protéine BRCA2 (BREAST CANCER TYPE 2 SUSCEPTIBILITY) est un régulateur central de la recombinaison homologue (RH) conservé au cours de l'évolution chez la plupart des eucaryotes. Pendant la HR, BRCA2 délivre les recombinases - RAD51 (RADiation sensitive 51) et DMC1 (Disrupted Meiotic cDNA 1) - au site de réparation de l'ADN. Il est admis que le domaine de liaison à l'ADN canonique replié (DBD) de BRCA2 est essentiel à ses fonctions en RH. De manière surprenante, des homologues de BRCA2 existent sans DBD canonique et sont malgré cela essentiels pour la réparation de l'ADN. Nous avons appelé ici les homologues de BRCA2 avec DBD « BRCA2 canonique » et sans DBD « BRCA2 non-canonique ». Contrairement aux BRCA2 canoniques, les homologues non canoniques sont peu étudiés. On ne sait pas comment ils participent à la RH, et la compréhension comparative des mécanismes des BRCA2 canonique et non canonique fait également défaut. De plus, BRCA2 humain s'auto-associe d'une manière dépendante du DBD et subit des changements conformationnels lors de son interaction avec RAD51. Les mécanismes moléculaires correspondants à l'oligomérisation et de la réorganisation architecturale de BRCA2 sont actuellement inconnus. Le projet FLASHMOB est centré sur l’étude d’un homologue de BRCA2 chez Physcomitrium patens, nommé PpBRCA2. Nos données préliminaires génétiques et biochimiques montrent que PpBRCA2 est un nouveau BRCA2 non canonique. Physcomitrium patens étant une plante modèle pour l’analyse de la génétique et de la génomique végétale, PpBRCA2 est un outil unique pour examiner les mécanismes fonctionnels d’un BRCA2 non canonique, et les comparer avec ceux du BRCA2 canonique d’Arabidopsis thaliana (AtBRCA2). L'objectif du projet FLASHMOB est de répondre à trois questions importantes et originales : 1) Quelles sont les différences/similitudes mécanistiques entre les BRCA2 canoniques et non-canoniques ? 2) Quel est le mécanisme structural de l'oligomérisation de BRCA2 ? 3) Comment l'association avec RAD51/DMC1 entraîne-t-elle des changements architecturaux dans BRCA2 ? Le projet FLASHMOB est organisé autour des quatre tâches suivantes. 1) Caractériser les fonctions in vivo de la protéine PpBRCA2 nouvellement identifiée dans la réparation de l'ADN somatique et méiotique en utilisant des approches génétiques et cytologiques classiques. 2) Décoder les mécanismes par lesquels un BRCA2 non canonique reste fonctionnel, en évaluant les divergences ou similarités entre PpBRCA2 et AtBRCA2 par des approches génétiques et protéomiques. Ainsi, nous identifierons de nouveaux mécanismes impliquant les protéines BRCA2 chez les plantes, ces mécanismes étant actuellement mal connus. 3) Décrire les changements conformationnels de PpBRCA2 associés à l'auto-association et l'interaction avec RAD51 par une combinaison de techniques de biologie structurale. Contrairement à la protéine BRCA2 humaine, de grande taille et difficile à purifier, PpBRCA2 est de petite taille et se prête à la purification, ce qui en fait un outil de choix pour l’analyse structurale des mécanismes de BRCA2. 4) Caractériser in vitro les propriétés biochimiques de PpBRCA2, telles que son activité de liaison à l'ADN et son rôle dans l'assemblage du filament présynaptique RAD51. Le résultat attendu est la compréhension fonctionnelle de la manière dont BRCA2 non canonique favorise la RH. Le projet FLASHMOB réunit un consortium d'équipes possédant une expertise, un savoir-faire et des installations hautement complémentaires en génétique, biochimie, biophysique, biologie structurale et cytologie. Organisé en quatre tâches indépendantes mais complémentaires, le projet FLASHMOB permettra de découvrir de nouveaux mécanismes impliquant BRCA2, et d'établir une comparaison structurale et fonctionnelle entre BRCA2 canonique et non canonique, ce qui aura un impact direct sur notre compréhension des fonctions de BRCA2 dans la stabilité génomique chez les plantes et autres eucaryotes.

La découverte fortuite des «virus géants», visibles au microscope optique, a ouvert un pan entier inconnu de la viropshère et remis en cause le concept classique de virus. Ces dernières années différentes familles ont été isolées à partir d’échantillons environnementaux qui, combinées aux données de métagénomique, ont révélé leur importance et leur diversité dans l’environnement. Avec des génomes allant jusqu’à 2,5 Mb et plus de 2000 gènes, les Pandoravirus en représentent certainement la famille la plus remarquable. Parmi les hypothèses expliquant leur gigantisme et leur complexité génomique, similaires à celles observées dans le monde cellulaire, la création de gènes de novo à partir de régions d’ADN intergéniques semble constituer une force évolutive majeure. Toutefois, de nombreuses questions restent en suspens sur le devenir évolutif de ces gènes continuellement créés, ainsi que sur leur capacité à produire des protéines pouvant s’intégrer aux réseaux déjà établis. Comment l’innovation fonctionnelle opère sur celles-ci, modifie la physiologie de ces virus et les interactions avec leur hôte est inconnue. L’objectif de ce projet est de caractériser les gènes créés de novo par les Pandoraviridae. Nous explorerons leur traduction en protéines par des approches de protéomique quantitative. De plus, nous étudierons la dynamique de la traduction de ces gènes comparativement aux gènes viraux conservés et cellulaires par profilage ribosomique, en regard notamment des connaissances actuelles sur leur dynamique d’expression transcriptonnelle au cours du cycle infectieux. Parallèlement, les propriétés biochimiques et structurales des protéines issues des gènes de novo seront caractérisées en complément de leur analyse fonctionnelle. Enfin, la manipulation par des outils génétiques des gènes de novo viendra compléter ces études et permettra de conduire une expérience d’évolution afin de révéler la trajectoire mutationnelle de ces gènes au cours du temps par séquençage.

Les cils sont des organites, conservés des protistes à l'Homme, présentant diverses fonctions sensorielles ou mobiles. Les anomalies ciliaires sont responsables de maladies potentiellement mortelles chez l'homme. Bien que très conservés au cours de l'évolution, les cils présentent des variations structurelles entre cellules et entre organismes. Nous proposons que la diversité des cils est établie lors de l’initiation de leur assemblage, quand les corps basaux (CB) s'ancrent à la membrane plasmique pour former la zone de transition (ZT), une structure spécialisée de la base des cils. Si un ensemble de protéines conservées est impliqué dans le processus d'ancrage des CB, leurs fonctions varient entre les tissus et toutes ne sont pas encore identifiées. Nos objectifs sont donc de décrypter et de comparer les étapes moléculaires nécessaires à la genèse de différentes architectures de ZT en utilisant des organismes modèles comme tremplin pour accéder à la diversité des cils présents chez les mammifères. Nous proposons d’exploiter la paramécie et la drosophile, adaptées aux analyses génétiques, ainsi que deux lignées de cellules de mammifères, recouvrant ainsi les principaux types de cils observés chez l'homme. Nous allons: i) caractériser de nouveaux acteurs de l'ancrage des CB isolés de nos cribles précédents; ii) disséquer et comparer leur hiérarchie d’assemblage spatiale et temporelle dans les différents types de cils; iii) comprendre comment chaque complexe contribue aux différentes architectures de la ZT au cours de l’initiation de l'assemblage des cils. La combinaison d’études fonctionnelles de nouvelles protéines candidates avec des approches d'imagerie de pointe (microscopie d'expansion et FIB-SEM) permettra de comprendre les mécanismes qui contrôlent les variations observées dans l'architecture de la base des cils. Notre projet apportera de nouvelles perspectives pour appréhender la variabilité phénotypique observée dans les ciliopathies.

Les microtubules s'assemblent dans le spindle pendant la division cellulaire. Des erreurs dans l'assemblage du spindle conduisent à une mauvaise ségrégation des chromosomes et peut-être à un cancer. La nucléation des microtubules est catalysée par des ?-TuRC qui sont recrutés dans les centrosomes aux pôles du spindle pendant la division cellulaire. Les ?-TuRC s'assemblent en une conformation inactive dans le cytosol et ne deviennent actives qu'une fois recrutées dans les centrosomes. La manière dont ces changements d'activité basés sur la structure sont régulés reste inconnue. Un mécanisme possible implique la liaison du domaine CM1 situé dans la N-term des protéines qui attachent les ?-TuRC aux centrosomes, y compris Drosophila Cnn. Nous avons montré que l'expression de fragments de domaine CM1 qui se lient aux ?-TuRC cytosoliques stimule la nucléation des microtubules dans le cytosol et conduit à des défauts au cours de la division cellulaire, mais comment la liaison au domaine CM1 active les ?-TuRC reste inconnue. Nous avons également récemment montré que la liaison du domaine CM1 est auto-inhibée par le domaine CAI. Nous émettons l'hypothèse que ce domaine CAI se replie pour inhiber stériquement le domaine CM1 dans le cytosol et que cette inhibition est soulagée par la phosphorylation de Cnn aux centrosomes. Ici, nous déterminerons l'organisation structurelle de la région N-terminale de Cnn et révéler la voie de phosphorylation en plusieurs étapes qui soulage probablement l'auto-inhibition. Nous utiliserons également nos nouvelles méthodes de purification ?-TuRC combinées à des tests de cryoEM et de ‘single-molecule nucleation assays’ pour déterminer comment la liaison de Cnn stimule la nucléation des microtubules. En particulier, nous testerons notre nouvelle hypothèse selon laquelle la liaison de Cnn stimule la nucléation en favorisant l'oligomérisation des sous-complexes ?-TuSC en ?-TuRC actifs plutôt qu'en modifiant la conformation des ?-TuRC préformés.

Les cellules sont continuellement soumises à des contraintes mécaniques. Pour maintenir leur homéostasie, elle module leur propriété mécanique. Néanmoins, ce processus est gourmand en énergie. Par conséquent, les cellules reprogramment leur métabolisme pour ajuster leurs besoins énergétiques à leur environnement mécanique. Ces observations définissent l'axe mécano-métabo comme moteur moléculaire de l'architecture tissulaire. Récemment, nous avons démontré que le catabolisme mécano-induit de la glutamine favorise la glutamylation des microtubules, modulant ainsi les propriétés mécaniques des cellules. Néanmoins, la glutamylation ne se limite pas à la tubuline, et les mécanismes permettant aux cellules de moduler leur état mécanique restent largement inconnus. Nos données préliminaires indiquent que plusieurs protéines liées au métabolisme de la glutamine sont glutamylées en réponse à la rigidification de la matrice. Par conséquent, nous émettons l'hypothèse que la glutamylation des protéines liées au métabolisme de la glutamine module leur fonction/localisation/activité et ainsi ajuste l’activité de l’axe mécano-metabo, permettant aux cellules de s'adapter à leur environnement mécanique. Pour élucider le rôle de la glutamylation des protéines dans le contrôle mécanique des cellules, nous proposons un projet transdisciplinaire qui s'appuie sur trois avancées conceptuelles et techniques majeures présentes dans nos laboratoires : 1) la démonstration par le partenaire 1 (P1) que les forces mécaniques reprogramment le métabolisme cellulaire ; 2) la démonstration par P2 que la glutamylation module la fonction/localisation/activité des protéines ; 3) l'expertise unique de P3 dans les approches protéomiques permettant l'identification de la glutamylation. Plus précisément, nous visons à déterminer comment la rigidité de la matrice module la glutamylation des protéines (Aim 1), et si et comment la glutamylation des protéines modifie l'axe mécano-métabo (Aim 2)

Les mitochondries sont des organites qui forment le noyau du métabolisme énergétique mais elles sont également impliquées dans la régulation du métabolisme intermédiaire, l'apoptose, l'immunité innée et la régulation calcique. Des défauts dans les protéines mitochondriales et/ou un dysfonctionnement mitochondrial affectant le système musculaire, métabolique, neurologique ou immunitaire sont responsables de nombreuses pathologies chez l’homme. Les cellules doivent donc s'adapter rapidement aux stress environnementaux qui affectent la fonction mitochondriale. De fait, différentes formes de communication mitonucléaire sont impliquées dans les modifications de l'expression des protéines codées à la fois par les génomes mitochondriaux et nucléaires en réponse à divers facteurs de stress ou pour préserver l'homéostasie. Récemment, il a été rapporté qu'un axe OMA1-DELE1-HRI est impliqué dans l'initiation d'une réponse intégrée au stress (RIS) après un stress mitochondrial, pour permettre l'expression de gènes cytoprotecteurs spécifiques qui reprogramment et renouvellent le métabolisme cellulaire vers la synthèse des principaux métabolites. Cependant, cet axe OMA1-DELE1-HRI n'a été exploré que dans des lignées en culture qui utilisent principalement la glycolyse plutôt que les mitochondries pour produire de l'énergie contrairement aux tissus tels que les muscles où la production d'énergie dépend largement des mitochondries. Il existe donc un besoin urgent d'explorer le rôle physiologique de cet axe OMA1-DELE1-HRI dans la RIS médiée par les mitochondries in vivo, notamment dans le muscle, et de mieux caractériser ses modes spécifiques de régulation et d'activation. C'est ce que nous proposons de réaliser dans ce projet. Ainsi, nos résultats fourniront de nouvelles informations sur les mécanismes impliqués dans la restauration de l'homéostasie cellulaire suite à un stress mitochondrial.

Les éléments transposables (ET) sont des séquences d'ADN omniprésentes qui se propagent dans les génomes. Bien qu’auparavant ils semblaient être réprimés dans les cellules somatiques, les ET sont transcrits et dans une certaine mesure, mobiles dans certains tissus somatiques. L'activité des ET somatiques a récemment été proposée de contribuer au développement, au vieillissement ainsi qu’à certaines pathologies, telles que le cancer ou les maladies neurodégénératives. Cependant, la dynamique et la régulation spécifique aux tissus des séquences d’ET sont mal comprises, tout comme l'impact de leur activité somatique. Nous avons récemment démontré que la mobilité des ET prévalant se produit dans l'intestin de la mouche drosophile. Je propose ici d’exploiter ce système modèle in vivo pour: 1- Découvrir les mécanismes de l'activité des ET temporels, spécifique au tissu et au type de cellule. 2- Comprendre la dérégulation des ET sous l'influence des conditions physiologiques de stress tissulaire et de vieillissement. 3- Étudier l'impact à court et à long terme de l'activité des TE au niveau des tissus et de l'organisme. La réponse à ces questions apportera un éclairage nouveau sur l'importance des séquences d'ADN mobiles in vivo.

Le syndrome de l’intestin irritable (SII) est un trouble fréquent, caractérisé par des douleurs abdominales, pour lequel il n’existe toujours pas de marqueurs biologiques. L’inefficacité des traitements conduit souvent les patients à prendre des opiacés dont l'utilisation abusive est devenue un problème de santé publique. Dans ce contexte, nos données montrant qu’un défaut de production d’enképhalines par les cellules immunitaires reproduit certains des symptômes du SII (défaut de perméabilité, douleur viscérale, anxiété) nous conduit à envisager le déficit en opioïdes endogènes intestinaux comme un marqueur biologique potentiel du SII. Le projet vise à identifier le mécanisme de régulation de l'homéostasie intestinale par les opioïdes d'origine immunitaire et son lien potentiel avec le tableau clinique des patients SII. Notre projet permettra de mieux caractériser les patients atteints du SII et/ou d'élaborer de nouvelles stratégies d’utilisation des opiacés minimisant leurs effets indésirables.

La dynamique de l'actine joue un rôle clé dans la physiologie plaquettaire. Cependant, les mécanismes moléculaires régulant le cytosquelette d’actine dans les plaquettes sont mal compris. Les réseaux d'actine s’assemblent et se désassemblent constamment grâce à diverses protéines de liaison à l'actine mais également en réponse à des modifications post-traductionnelles (PTM). Parmi ces PTM, l'oxydation de deux méthionines de l’actine filamenteuse (F-actine) est un mécanisme récemment décrit, qui induit le désassemblage rapide des filaments d’actine. Cette oxydation est catalysée par les membres de la famille MICAL. ACTOMIC a pour objectif de comprendre le rôle de l'oxydation de l'actine médiée par MICAL1 dans le fonctionnement des plaquettes. Ce projet ambitieux bénéficiera de l'expertise de deux équipes formant un groupe interdisciplinaire et très complémentaire, avec des approches multi-échelles allant de la physiologie in vivo au niveau cellulaire et moléculaire. Les études seront réalisées avec des modèles murins et humains uniques et innovants. Une force de ce projet est qu’il repose sur des résultats préliminaires solides et sur la mise en œuvre de plusieurs approches expérimentales de pointe maîtrisées par le consortium : des modèles murins (avec modèles de thrombose et de saignement), de la microscopie confocale à haute résolution, de la microscopie à super-résolution, l’analyse des propriétés biomécaniques des plaquettes ainsi que des approches protéomiques. De plus, l’impact fonctionnel d’un variant de MICAL1 associé à des saignements sera étudié. La découverte de nouveaux régulateurs du cytosquelette d'actine dans les plaquettes constituera une avancée importante dans la compréhension de leur physiologie, une étape importante pour envisager la correction des dysfonctions plaquettaires chez les patients.

L'hypothalamus médiobasal (MBH) joue un rôle crucial dans la collecte d'informations métaboliques véhiculées par la circulation sanguine pour réguler l'homéostasie énergétique. L'altération de la communication entre le MBH et la périphérie résultant principalement d'une alimentation inappropriée telle que la consommation d'un régime riche en lipides (HFD) prédispose notamment l'obésité et le diabète de type 2. Le dysfonctionnement du MBH est principalement attribué à la neuroinflammation induite par le HFD. En outre, l'inflammation du MBH se produit en réponse à la consommation à court terme de HFD (ST-HFD). Cela suggère que ST-HFD génère une voie de signalisation inflammatoire hypothalamique encore inconnue. Sur la base de nos données préliminaires, nous émettons l'hypothèse que la consommation de ST-HFD induit l'expression de la résistine des tanycytes et des neurones du MBH, une hormone dérivée des adipocytes, qui à son tour active la voie TLR-4/miR-155-5p pour orchestrer l'apparition de la neuroinflammation hypothalamique et l'intolérance au glucose. En effet, la résistine a été liée à l'inflammation et à la résistance à l'insuline. Les objectifs de notre proposition sont i) de caractériser les mécanismes par lesquels la résistine du MBH augmente l'expression de miR-155-5p dans la microglie et les tanycytes ; ii) caractériser les cibles ARNm du miR-155-5p dans les tanycytes et la microglie ; iii) établir la corrélation entre les taux plasmatiques de résistine/miR-155-5p chez les sujets obèses avec ou sans insulino-résistance et l'inflammation hypothalamique. Notre proposition aborde les problématiques de recherche du CES 14. Notre consortium rassemble 3 équipes disposant d'une forte expertise dans leurs domaines respectifs avec des compétences complémentaires. Surtout, toutes les souris transgéniques, les modèles cellulaires et les approches méthodologiques associées ainsi que l'accès aux patients humains sont disponibles dans les laboratoires des 3 équipes.

L'empreinte génomique parentale est un processus épigénétique qui se traduit par l'expression mono-allélique d'environ 130 gènes humains en fonction de leur origine parentale. Ce processus est régulé par la méthylation de loci spécifiques appelés régions de contrôle de l'empreinte (ICR). Des défauts dans la méthylation de ces ICRs (pouvant se produire en mosaïque) entrainent des pathologies dites d’empreinte ((imprinting disorders, IDs). Ces IDs affectent de nombreux processus biologiques et particulièrement la croissance et le métabolisme. De longue date, nous souhaitons comprendre le rôle physiopathologique des gènes soumis à empreinte dans la régulation de la croissance. Dans ID-MOM, nous nous concentrerons sur trois IDs pour lesquelles la croissance fœtale est particulièrement affectée: les syndromes de Silver-Russell et de Temple (restriction de croissance fœtale) et le Syndrome de Beckwith-Wiedemann (macrosomie fœtale). Une limitation majeure pour décrypter la physiopathologie des IDs est le manque de modèles cellulaires humains pertinents. Les modèles actuels ont été développés chez des rongeurs, dont la croissance n'est pas équivalente à celle de l'homme. Les tissus primaires impliqués dans le processus de croissance sont inaccessibles chez l'homme, et la plupart des gènes dont l'expression est altérée dans les IDs ne sont pas ou peu exprimés dans les cellules sanguines ou les fibroblastes. Très peu de données sont donc actuellement disponibles sur les conséquences physiopathologiques des IDs dans l'ossification endochondrale, un processus clé de la régulation de la croissance. Une complication supplémentaire vient du fait que plusieurs ICRs peuvent être simultanément altérées, provoquant ainsi des perturbations de la méthylation avec atteinte multi-locus (MLID). De plus, les gènes soumis à empreinte sont co-régulés dans un réseau de gènes. Caractériser les IDs requiert donc de déterminer la méthylation de l'ADN à de nombreux ICRs, ainsi que les conséquences transcriptionnelles genome-wide. Le premier objectif d’ID-MOM est de générer de nouveaux modèles cellulaires humains physiologiquement pertinents à partir de cellules souches natives, reprogrammées ou épi-éditées. Grâce à notre expertise acquise dans les cellules souches pluripotentes humaines induites (hiPSC), les cellules souches de la pulpe dentaire (DPSC) et les cellules épigénétiquement modifiées, nous les différencierons en chondrocytes hypertrophiques qui récapitulent fidèlement la plaque de croissance. Le deuxième objectif est de calibrer des outils basés sur le séquençage à haut débit (séquençage après capture ciblée et traitement bisulfite et séquençage par Nanopore de molécule unique d’ADN natif) pour quantifier le degré de méthylation de nombreux ICRs et son mosaïsme. Dans le troisième objectif, la combinaison de profils quantitatifs de méthylation de l'ADN avec le séquençage de l'ARN dans les modèles nouvellement générés nous permettra d'évaluer les liens moléculaires unissant les anomalies de méthylation et ses répercussions transcriptionnelles. Au sein d'un consortium de trois partenaires complémentaires, ID-MOM fournira des données innovantes pour caractériser les fondements physiopathologiques des pathologies d’empreinte. Nos nouveaux modèles humains de cellules clés du processus d'ossification endochondrale nous permettront d'identifier les conséquences pathologiques des défauts de méthylation au niveau cellulaire. Ces nouveaux modèles et approches ouvriront également des opportunités pour des études futures, s’appuyant sur d'autres lignées cellulaires pertinentes dans les IDs ou sur la sélection et le test de médicaments candidats. Nos nouveaux tests de méthylation basés sur le haut débit amélioreront considérablement le diagnostic moléculaire de ces pathologies d’empreintes rares ainsi que la compréhension des conséquences phénotypiques des MLID. Notre projet contribuera ainsi à améliorer la prise en charge globale de ces patients.

L'histiocytose langerhansienne est une maladie rare qui atteint surtout les enfants mais peut se présenter à n'importe quel âge de la vie. La maladie consiste en une accumulation de cellules mononuclées phagocytaires, associée à une infiltrat inflammatoire dense. On retrouve systématiquement dans les lésions d'histiocytose et dans les précurseurs hématopoïétiques une mutation de la voie MAP kinase, la plus fréquente étant la mutation BRAFV600E. Le coordinateur de ce projet a récemment démontré avec l'aide d'un modèle de souris, que les cellules mononuclées phagocytaires mutées présentaient un programme de sénescence, qui explique la physiopathologie très particulière de cette maladie. Le but de ce projet est 1) de confirmer la présence de ce programme dans les progéniteurs hématopoïétiques médullaires de patients atteints d'histiocytoses, afin de confirmer formellement son implication majeure; puis 2) de tester à l'aide du modèle animal différentes drogues actives sur les cellules sénescentes. Enfin le dernier objectif de ce projet est 3) d'étudier de façon plus approfondie le syndrome neuro-dégénératif associé à l'histiocytose afin de proposer de nouveaux traitements. Ce projet est donc original du fait qu'il s'intéresse à une maladie grave et que son coordinateur a une véritable expertise dans ce sujet, ce qui pourrait permettre d'accéder rapidement à de nouveaux traitements, besoin important dans cette maladie.