Projets

Le développement de méthodes sélectives de fonctionnalisation de peptides et protéines dans des conditions biocompatibles reste toujours un défi majeure. Nous proposons ici de développer une approche nouvelle basée sur la catalyse au palladium pour une thioconjugaison spécifique de peptides ou de protéines avec divers thiols (y compris du marquage au 35S), dans des conditions compatibles avec les protéines les plus sensibles. L'originalité de cette stratégie repose sur l’approche «tag-and-modify», qui implique l’installation séquentielle de p-iodophénylalanine (pIPhe) sur la protéine en tant qu'une étiquette chimique réactive (le «tag» électrophile, totalement non réactif en l’absence de catalyseur) et sa modification sélective avec divers thiols.

Les matériaux opérant à haute température tiennent leurs propriétés et leur durabilité de microstructures optimisées. L’objectif du projet est d’analyser les phénomènes de diffusion qui sous-tendent les évolutions microstructurales dans les systèmes polyconstitués, en incluant les interactions diffusion-déformation, et de développer des outils de simulation numérique à même d’anticiper ces évolutions. Ceci sera accompli grâce à un modèle multiéchelle, multiphysique, dont le développement sera soutenu par un travail expérimental innovant. Le modèle s’attachera à décrire l’évolution temporelle de systèmes métalliques à gradients de composition, sous l’effet de la diffusion et des équilibres thermodynamique et mécanique locaux. La simulation des éléments de microstructure (pores, phases) à l’échelle du grain (~ 10 µm) servira à étudier les mécanismes de diffusion et à dériver des modèles d’homogénéisation utilisés dans la simulation de polycristaux (~ 100 µm). Cette approche inclura aussi un dialogue entre formulations 1D et 3D, où la formulation 1D est utilisée pour élaborer le modèle de diffusion de base et simuler des systèmes homogénéisés, tandis que la formulation 3D permet de prendre en compte les éléments de microstructure de manière spatialement résolue, ainsi que la multiaxialité de l’état de contrainte. Des expériences de couples de diffusion seront conduites sur des alliages modèles de microstructures contrôlées. Celles-ci seront conçues par degrés de complexité croissants, dans le but d’accompagner des aspects spécifiques du modèle de diffusion. Les champs de déformation locaux résultant de l’interdiffusion seront mesurés à l’aide de marqueurs inertes et de techniques de corrélation d’images, dans le but d’étudier le rôle de la microstructure dans les mécanismes de diffusion. Des couples de diffusion seront également soumis à un chargement mécanique, produisant un test de fluage avec gradient de composition contrôlé, permettant une caractérisation des effets des contraintes mécaniques externes sur la diffusion. L’association des travaux expérimentaux et de modélisation fournira un cadre permettant une meilleure compréhension l’interdiffusion dans les systèmes complexes, y compris les déformations et porosités induites par la diffusion. Cet effort trouvera son application principale dans l’analyse de la durée de vie de structures à parois fines et de systèmes alliage-revêtement, contribuant ainsi au développement accéléré de matériaux et structures plus performants. A long terme, les méthodes proposées dans le projet LEMONADE contribueront aussi à la meilleure intégration du vieillissement microstructural dans les simulations mécaniques complexes.

Les capteurs thermiques de hautes performances, comme les micro-bolomètres de matrices de caméra IR, ou les micro/nanorésonateurs à fort facteur de qualité (horloges de référence, capteurs inertiels…) sont encapsulés dans des micro-boitiers qui doivent rester sous vide poussé (=10-3 mbar) pendant au moins 10 ans, de manière à limiter les pertes thermiques ou les pertes viscoélastiques. Dans un procédé de soudure basse température au niveau du wafer (wafer-level packaging), cela est obtenu par l'utilisation de joints de soudure métalliques étanches et par l'intégration dans la cavité d'un film getter capable de piéger les gaz désorbés et les fuites. Le film getter doit être activé thermiquement, pendant ou après la soudure, pour faire diffuser dans le volume les espèces passivant la surface (oxygène, azote, hydrogène) de manière à rendre cette dernière réactive. Le projet propose d'étudier de nouveaux matériaux en couches minces présentant des propriétés getter compatibles avec les prochaines générations de MEMS encapsulés sous vide. Il implique 3 laboratoires académiques (C2N, IM2NP and CEMHTI), qui ont des savoir-faire complémentaires respectivement en technologie MEMS, caractérisation par rayons X et analyse par faisceau d’ions, ainsi que l'entreprise ULIS, leader européen de la fabrication d'imageurs infrarouge non refroidis pour des applications civiles et militaires. Dans le cadre de ce projet, nous proposons : (i) de répondre au prochain défi de l'industrie du packaging, c'est-à-dire de proposer un getter capable d'absorber l'hydrogène et les hydrocarbures à basse température, grâce à une nouvelle famille de matériaux à base d'yttrium (ii) de développer des techniques de caractérisation in-situ des getter en fonction de la nature de l'environnement, de la température et de la pression, en particulier : la microstructure et les propriétés mécaniques (DRX), l'analyse de surface (XPS), la diffusion en volume d'O, N et H (RBS-NRA-ERDA) et la mesure de capacité et de cinétique de sorption (bâti UHV multi-chambre dédié développé au C2N) (iii) de modéliser les phénomènes de diffusion et de sorption en fonction des propriétés physico-chimiques des matériaux, ce qui posera les bases de futures études sur les getter. (iv) de valider les résultats par l'intégration de films dans des encapsulations, à l'aide d'un procédé industriel permettant le suivi de la pression dans la cavité et l'analyse des gaz résiduels contenus dans cette cavité. (v) de valoriser les résultats par des publications, des brevets et/ou le transfert de la technologie dans l'entreprise ULIS. Au-delà des résultats scientifiques attendus au cours du projet, le consortium formé sera une réelle opportunité de créer en France un pôle d'expertise sur les matériaux getter, dont les compétences iront de la compréhension des phénomènes jusqu'à l'intégration, en passant par la caractérisation.

Comprendre les mécanismes de déformation des matériaux polycristallins qui conduisent à la ruine des structures est un défi majeur en sciences des matériaux. D'importants progrès ont été réalisés durant les vingt dernières années grâce aux techniques expérimentales de pointe et aux méthodes de simulations avancées. Malgré cela, la localisation de la plasticité en bandes de glissement et la propagation d’une déformation localisée au sein d'un agrégat polycristallin restent un problème ouvert. Le plus grand défi étant sans doute notre capacité à produire des observations in situ avec une résolution allant de l'échelle de la dislocation à celle de l'agrégat polycristallin. 3DiPolyPlast vise à répondre à ce défi en combinant d’une part les meilleures techniques de microscopie électronique ou de rayonnement X de haute énergie et, d’autre part, des simulations multi-échelles de la plasticité cristalline. Cette double approche sera appliquée au nickel polycristallin pour lequel les mécanismes élémentaires de déformation sont bien connus. Nous étudierons dans un même volume contenant une centaine de grains, les premiers stades de la déformation plastique, à la fois en surface et au cœur du matériau. Grâce à la jouvence technique du synchrotron européen prévue en 2020, pour la première fois, l’observation 3D de cette plasticité deviendra possible de façon répétée après plusieurs incréments de déformation et avec une résolution atteignant 100 nm. Nos observations expérimentales seront ensuite comparées à des simulations réalisées sur des copies numériques des microstructures 3D mesurées. Dans l'approche de simulation multi-échelles proposée, des simulations de dynamique des dislocations (DD) seront mises en oeuvre afin de modéliser les propriétés individuelles et collectives des dislocations à l'échelle mésoscopique. Ainsi, ces simulations reproduiront de manière naturelle les concentrations de contraintes à l'origine de la localisation de la déformation en bandes de glissement dans un grain. Modéliser fidèlement un agrégat polycristallin avec cette technique reste un large défi et pour cela nous utiliserons l'approche dite du modèle discret-continue (DCM) qui couple une simulation de plasticité cristalline continue résolue par éléments finis sur le polycristal complet avec une simulation DD d'un grain en son sein. En transformant la cartographie 3D d'orientation de chaque éprouvette en un maillage utilisable par les simulations DCM, une comparaison fine pourra être établie avec les essais in situ. L'analyse numérique des différentes conditions expérimentales permettra de statuer sur les mécanismes physiques de localisation de la déformation et de la propagation de la plasticité de grain en grain. Ce travail ouvrira la voie à une description plus précise et plus physique des lois constitutives de la plasticité cristalline. Les ambitions clés de ce projet peuvent être résumées par les 4 points suivants : 1. repousser les frontières de la caractérisation volumique de la plasticité 2. déterminer la contribution des bandes de glissement et de leur localisation dans la plasticité de grains individuels 3. identifier les mécanismes à la base de la propagation de la plasticité dans le polycristal 4. améliorer la modélisation mésoscopique de la plasticité cristalline en utilisant des microstructures réelles 3D

Le but du projet EMERGE est de concevoir des matériaux multifonctionnels en associant des matériaux hybrides de type Metal-Organic Frameworks (MOFs) et des composantes biologiques (enzyme, micro-organismes). L’objectif est de développer un nouveau type de matrice de bio-immobilisation où le MOF permettra à la fois d’encapsuler la composante biologique et d’améliorer son activité catalytique. Ces matériaux seront étudiés pour deux applications : la détection et la dégradation d’antibiotiques rémanents dans l'eau. Nous explorerons le procédé d’impression par jet d’encre afin de déposer les matériaux bio-hybrides et de concevoir des capteurs sur papier. Des matériaux originaux bacterie-MOF seront élaborés pour une dégradation efficace des antibiotiques.

Le projet SPLENDID2 répond à des défis d’actualité en proposant des solutions laser innovantes dans le moyen infrarouge, nécessaires à la généralisation des procédés de traitement des matériaux mous dans l’industrie ainsi que l’ablation et la découpe des tissus en chirurgie. Ces développements sont également très attendus pour des applications scientifiques notamment pour l’étude de la matière sous des champs forts. Ce projet collaboratif de 36 mois, associe les contributions originales et complémentaires de quatre partenaires académiques CIMAP, IRCP, LCF et CORIA. Les partenaires travaillent sur le développement de sources laser ultrarapides et d’amplificateurs solides efficaces avec des performances sans précédent en termes d’énergie et de haute cadence, opérant en régime femtoseconde dans le MIR au-delà de 2 µm, en particulier autour de 2,3 µm et 2,8 µm. A ce jour, il n’existe pas de sources laser, ni d’amplificateurs de ce type et ce projet s’avère être un soutien essentiel pour permettre au consortium de devenir pionnier en la matière. Les oscillateurs et amplificateurs laser étudiés au cours de ce projet seront basés sur des monocristaux de CaF2, YLF et CALGO, ainsi que sur des céramiques transparentes de Y2O3 dopés Er ou Tm, qui seront conçus et fabriqués au sein du consortium. Le succès d’un tel projet s’illustrerait à travers le développement de nouveaux outils expérimentaux pour la recherche fondamentale et à moyen terme d’équipements scientifiques et médicaux novateurs. Pour construire des lasers de fortes énergies émettant dans la gamme 2 — 3 µm, nous proposons d’explorer deux gammes de longueurs très prometteuses. Le premier volet du projet repose sur l’exploitation de la transition laser à 2,3 µm de l’ion Tm qui présente une alternative plus intéressante que la transition standard centrée à 1,9 µm qui coïncide avec la bande d’absorption de la vapeur d’eau. Le développement de cette source bénéficiera des savoir-faire du CIMAP et l’IRCP sur les matériaux laser à base de fluorures et d’oxydes. La génération d’impulsions sub-ps approchant le mJ d’énergie est attendue à cette longueur d’onde en exploitant des architectures laser adaptées qui s’appuieront sur les expertises du LCF et du CORIA. Le développement d’architectures hybrides combinant des injecteurs à fibres optiques avec des amplificateurs à cristaux massifs seront privilégiées. Le deuxième volet vise à développer des sources lasers à verrouillage de modes et des amplificateurs de puissance émettant autours de 2,8 µm en exploitant des matrices cristallines dopées erbium. Nos efforts scientifiques et technologiques seront axés sur l'exploration de différentes architectures laser notamment les guides d’ondes qui sont très adaptées pour la production de trains d’impulsions à très hautes cadences. Ceci passera par la définition et la formalisation de différentes stratégies pour la gestion de la dispersion et le mécanisme de verrouillage de modes dans ces oscillateurs. En cas de succès de ces solutions, les résultats constitueront une percée remarquable dans le domaine en ouvrant la voie vers la construction de lasers ultrarapides fortement intégrés et à base d’une technologie de croissance originale. Notre approche basée sur la maitrise de toute la chaine de fabrication allant de la croissance cristalline à l’assemblage et la qualification de sources laser originales dans le Moyen IR recèle un large potentiel de valorisation. Nous porterons une attention particulière à la protection intellectuelle de manière à assurer l'exploitation industrielle de nos innovations.

Alors que les zéolithes et les polymères de coordination poreux (ou MOFs, Metal-Organic Frameworks) sont performants dans de nombreux domaines impliquant l’adsorption-désorption d’espèces moléculaires, leur conductivité électronique très limitée, associée à la nature des liaisons constitutives impliquant l’élément oxygène, très électronégatif, est un inconvénient majeur dans toutes les applications impliquant un transfert électronique. Ce projet vise donc à faire le lien entre ces matériaux poreux isolants et les composés inorganiques denses et conducteurs, en se focalisant sur la préparation et la caractérisation poussée de nouveaux chalcogénures hybrides organique-inorganiques cristallisés, combinant porosité, conductivité électronique et activité redox multiple (cationique/inorganique et anionique/organique). Notre stratégie repose sur l’utilisation de ligands soufrés du type 1,2-dithiolène. Avec leurs orbitales frontières totalement délocalisées, leurs trois degrés d’oxydation accessibles et leur propension à former des complexes stables avec les cations métalliques 3d et 4d, ils peuvent être considérés comme des ligands non-innocents idéaux (i.e. au moins l’une des orbitales frontières du complexe dérivé implique à la fois le cation est le système p du ligand). Ceci conduit à des propriétés électroniques uniques, et un comportement électrochimique en solution complexe, mais ces caractéristiques ont été extrêmement peu été exploitées dans des solides étendus. Synthèse, résolution structurale et études physico-chimiques constituent le cœur de ce projet. Il repose sur (i) l’utilisation de stratégies de synthèse innovantes, (ii) l’utilisation combinée de méthodes spectroscopiques et de diffraction avancées pour déterminer la structure des solides visés, et (ii) l’étude approfondie des propriétés électroniques par une combinaison d’outils expérimentaux et théoriques. Enfin, les performances de ces solides en tant que matériaux d’électrodes de batteries et electrocatalyseurs pour la production de dihydrogène seront évaluées, en anticipant que leurs caractéristiques permettront de pallier certaines limitations des MOFs oxygénés et des sulfures inorganiques pour ces types d’application.

La gestion de la chaleur dissipée dans les solides est un enjeu majeur pour le développement de nombreuses technologies. Ce défi intervient dans de nombreux secteurs, allant de la microélectronique à l’habitat en passant par la gestion thermique des satellites. Plus de 60% de l'énergie utilisée dans ces industries est perdue sous cette forme, il est donc primordial de développer des solutions innovantes pour améliorer l’efficacité énergétique des systèmes. Le projet PassiveHEAT propose le développement de nouveaux revêtements fonctionnels dont l’émission thermique peut être entièrement pilotée par leur température. Le but sera d’agir non seulement sur le spectre d’émission mais aussi sur la directivité et la géométrie de l’émission thermique de ces revêtements. Pour cela, la technologie développée dans ce projet utilise les propriétés de transition de phase du dioxyde vanadium (VO2) associées à la nanostructuration de ce matériau. Les principaux objectifs du projet PassiveHEAT sont : 1. Mieux comprendre les mécanismes physiques à l’origine de ces comportements radiatifs ; 2. Concevoir de nouveaux émetteurs thermiques passifs et 3. Développer une nouvelle métrologie de caractérisation pour l’émission thermique. Le VO2 est un « smart material » qui présente une transition de phase isolant-métal réversible à une température de transition (TC) qui se situe autour de 68°C. Les caractéristiques remarquables associées à la transition du VO2 combinées à un design spécifique obtenu par modélisation utilisant une approche par algorithme génétique, va permettre la conception de 3 types d’émetteurs thermiques : a) des revêtements à émissivité thermique différentielle négative ou positive (c’est-à-dire dont l’émission thermique diminue ou augmente avec la température autour de TC) b) des interrupteurs thermiques radiatifs capables de fonctionner autour de TC c) des antennes thermiques dont la direction d'émission peut être contrôlée par la température. Ces revêtements fonctionnels pourraient ouvrir la voie à une nouvelle technologie pour le refroidissement passif de matériaux. Le projet est organisé en quatre worpackages (WP): WP1 - design des émetteurs fonctionnalisés, WP2 - micro-nanofabrication des structures modélisées, WP3- caractérisation expérimentale de ces structures. Un workpackage dédié à la gestion et à la coordination du projet viendra compléter l’organisation du projet. Ce projet propose de faire émerger un nouveau paradigme pour le contrôle de l'émission thermique de solide à l'aide de revêtements nanostructurés à base de matériaux à transition de phase. Pour cette raison, il se situe au carrefour de plusieurs domaines de la physique : la nanophotonique et la thermique qui sont nécessaires pour la description de l'émission thermique et la conception des structures ; les sciences des matériaux et la nanotechnologie pour la fabrication des émetteurs thermiques et la caractérisation des matériaux ; et enfin, la caractérisation expérimentale des performances radiatives des revêtements qui nécessitera une connaissance approfondie de la métrologie par spectroscopie IR. Le consortium rassemble des spécialistes dans chacun de ces domaines pour mener à bien le projet PassiveHEAT.

Le projet PlasmonISC a deux objectifs: 1 / Le développement d'une nouvelle méthode de fonctionnalisation d'une sonde à balayage avec une nanoparticule unique 2 / mesurer l'influence d'une nanoparticule sur le taux de croisement intersystème (ISC) d'une molécule unique La fabrication reproductible de sondes à balayage avec une nanoparticule ayant des propriétés optiques spécifiques fermement attachées à son extrémité présente un grand intérêt pour la communauté de la nanophotonique. De telles sondes peuvent être utilisées pour de nombreuses applications : caractérisation optique sub-longueur d'onde, spectroscopie Raman exaltée par pointe, analyse des champs évanescents, mesure d'orientation de molécules uniques, pour n'en nommer que quelques-unes. Cependant, ces pointes sont difficiles à produire de manière fiable. Dans le projet PlasmonISC, nous proposons d’utiliser des pinces optiques dans une chambre microfluidique. L'idée est de piéger optiquement une nanoparticule d'or, de vérifier ses propriétés spectrales in situ et de la mettre en contact avec le sommet d'une fibre optique étirée. Grâce à l'environnement liquide contrôlé fourni par la chambre microfluidique, nous pourrons utiliser différentes stratégies de chimie humide pour lier fortement la nanoparticule à la pointe en verre. En cas de succès, cette nouvelle méthode fournira une pointe de verre fonctionnalisée robuste avec une seule nanoparticule dont les propriétés spectrales sont connues à son apex. À l'aide de ces sondes fonctionnalisées, nous souhaitons mesurer les changements induits par une nanoparticule sur le taux de ISC d'une molécule unique. Pour ce faire, nous utiliserons le système terrylène / para-terphényle, bien connu dans la littérature et par le coordinateur. Les molécules de terrylène dans une matrice de para-terphényle sont des émetteurs de photons uniques brillants qui sont très stables, même dans un film mince. L'échantillon sera placé sur un microscope optique inversé avec des chemins de collection différents : spectroscopie, caméra ou configuration Handburry-Brown Twiss pour les mesures anti-corrélation. La nanoparticule sera rapprochée par microscopie à force atomique à force de cisaillement. Cela permet de mesurer la même molécule avec et sans la nanoparticule d'or et de corriger les émissions de fond. Une telle expérience nous fournira des informations quantitatives sur les changements induits sur tous les taux impliqués dans la fluorescence de la molécule, et en particulier sur les changements des taux ISC. À notre connaissance, il s'agira de la première mesure quantitative des changements de taux ISC induits par une nano-antenne sur une seule molécule. Nous pensons que cette approche contrôlée nous permettra de mieux comprendre les processus physiques en jeu et nos résultats devraient fournir des lignes directrices pour la conception de LED organiques ou de nanolasers. Ce projet permettra au coordinateur de développer ses thèmes de recherche au travers d’une plateforme expérimentale haute performance, en synergie avec les membres de son groupe. En cas de succès, ce projet servira également de tremplin pour d’autres sources de financement nationales et européennes.

Ce projet s’inscrit dans le développement de l'électronique moléculaire plasmonique. Il étudie l'interaction entre la conductance moléculaire et les plasmons à l'échelle nanométrique. Ce faisant, nous cherchons à exploiter les électrons chauds et les trous chauds générés par les structures plasmoniques, et le transfert de charge intramoléculaire pour réaliser de nouvelles fonctions optoélectroniques. Plusieurs types de jonctions moléculaires plasmoniques actives (APMJ) seront fabriquées et incorporeront des molécules redox et photoactives déposées sous forme de films minces. L'épaisseur des films organiques dans les jonctions se situera entre 3 à 30 nanomètres (nm), car dans l'obscurité, le mécanisme dominant de transport de la charge passer de tunnel direct à un transport par saut intra-chaîne pour une épaisseur de coucheautour de 5nm. Les objectifs scientifiques de PMJ seront la compréhension du mécanisme de transport de charge dominant qui se produit sous l'excitation plasmonique, la mesure des propriétés redox de Nps d'or de différentes tailles sous éclairage, la compréhension libre parcours moyen de porteurs chauds dans les matériaux organiques et le développement de nouveaux dispositifs optoélectroniques allant de commutateur de diode rectifiante ou de mémoires resistives commandé par l’excitation des plasmons .

De nombreux systèmes de délivrance des médicaments tels que les liposomes, les nanoparticules organiques et inorganiques ont été développés au cours des dernières décennies. Parmi les multiples systèmes proposés, les vecteurs multifonctionnels/stimuli-sensibles sont particulièrement prometteurs en raison de contrôle spatio-temporel des mécanismes d’activation/de libération. Cependant, leur conception présente plusieurs difficultés, notamment la formulation à multi-composants, la nécessité de synthèses organiques et de purifications à plusieurs étapes, des études de toxicité complexes ainsi que la transposition délicate en clinique et à l'échelle industrielle. L'objectif principal de ce projet est de développer un nouveau nanosystème médicamenteux photo-activable, à un seul composant organique multifonctionnel pouvant être utilisé pour le traitement des infections bactériennes locales sans antibiotiques. Le nanosystème proposé permettra une thérapie bimodale : photothermique (PTT) et photodynamique (PDT). Alors que la PTT consiste en la conversion de l'énergie lumineuse adsorbée par des matériaux antennes en chaleur cytotoxique, la PDT est basée sur la génération des espèces réactives de l'oxygène (ROS) produites par transfert d'électrons (type I) ou par transfert d'énergie (type II) après l'interaction d'un photosensibilisateur (PS) avec la lumière en présence de dioxygène. L’efficacité antibactérienne de nanosystème sera évaluée sur des cultures bactériennes et des biofilms comme preuve de concept. En effet, les biofilms sont des structures hétérogènes qui sont constituées par des populations bactériennes englobées dans une matrice extracellullaire protectrice et adhérente sur les surfaces et interfaces vivantes ou inertes. En raison de ces propriétés, les biofilms virulents peuvent provoquer de multiples infections bactériennes persistantes, telles que les abcès sous-cutanés, la parodontite, l’endocardite, l’urétrite, l’otite, les infections pulmonaires chroniques. De plus, les bactéries au sein d’un biofilm sont généralement moins sensibles aux agents antimicrobiens conventionnels. En fait, les bactéries d’un biofilm peuvent être jusqu’à 1000 fois plus résistantes aux antibiotiques que ces mêmes bactéries sous forme planctonique. Bien que les antibiotiques à large spectre restent le traitement de première ligne pour les biofilms bactériens, l'imprudence dans leur utilisation a provoqué une augmentation exponentielle de l'incidence de la résistance aux antibiotiques chez plusieurs souches bactériennes ces dernières années. En conséquence, les infections à base de biofilm peuvent rarement être résolues.

Le projet Dimelec allie les compétences de plusieurs laboratoires pour le développement d’une nouvelle méthodologie de traitements et d’analyses rapides d'échantillons biologiques adaptée pour le diagnostic d’urgence. L’objectif est de concevoir une plateforme d’analyse alliant la microfluidique, les nanobiotechnologies (synthèse et fonctionnalisation de nano-objets) et l’électrochimie (synthèse/matériaux, réactivité/ microélectrodes et électronique/ instrumentation) pour le multidosage de microARN circulants dans le sang. Ces nouveaux marqueurs sont spécifiques de certaines pathologies et, détectés de façon précoce dans le sang, ils constituent une source d’informations sur l’état d’avancement d’une affection et conditionnent la prise en charge efficace et rapide du patient. La stratégie choisie est l’association de différents étapes dans une plateforme d’analyse pour : (i) pré-traiter l’échantillon biologique (ii) capturer les microRNA ciblés à l’aide de nanoparticles (NPs) magnétiques fonctionnalisées (iii) relarguer les microRNA capturés par hyperthermie magnétique contrôlée (échauffement local, sans élévation globale de la température du milieu) et enfin (iv) détecter les microRNA dans des réseaux de microélectrodes fonctionnalisées. La multi-détection sera rendue possible grâce à un instrument adapté aux réseaux de microélectrodes en termes de spécificités et d'ergonomie d'utilisation, appareillage qui n’existe pas actuellement pour les applications dédiées couplant électrochimie et microfluidique. Au-delà de cette application dans le domaine du diagnostic médical, l’instrumentation qui sera développée répondra à un manque instrumental et sera précieuse aux communautés des microfluidiciens et électrochimistes, en particulier pour les applications dédiées aux sciences de l’environnement (pesticides, médicaments, métaux lourds) et la santé (anticorps, acides nucléiques, protéines-médicaments, enzymes, ...).

Poussées par les préoccupations environnementales de notre civilisation thermo-industrielle et la forte intégration, de nouvelles applications infrarouges, comme la mesure portable de pollution or l'imagerie thermique pour la gestion énergétique des bâtiments, émergent actuellement. Ces applications couvrent de larges domaines médicaux, militaires et industriels, ainsi que la vie civile quotidienne. Le cœur de ces applications nécessite des détecteurs bas coûts dans la gamme spectrale du corps noir (longueur d'onde plus grande que 3 µm). Les technologies actuelles à base de semi-conducteurs épitaxiés ou d'électronique organique ou de microbolomètres n'apporteront probablement pas de rupture simultanée de coûts et de performances. Au contraire les boîtes quantiques colloïdales (CQD) sont des alternatives simples, et à la synthèse chimique bas coût, qui ont très récemment montré du dopage et des propriétés moyen et lointain infrarouges naturelles accordables avec leur taille. Cependant ces nanostructures souffrent encore d'un manque crucial de données fondamentales théoriques et expérimentales pour leur utilisation et optimisation dans les dispositifs infrarouges, et plus généralement comme centres actifs pour la (nano)photonique et l'optoélectronique infrarouge colloïdale émergeante. Actuellement la dynamique intrinsèque des nanocristaux dopés n, dont dépend les performances de ces dispositifs, est essentiellement inconnue. Les mécanismes de relaxation de l'énergie d'un électron confiné, ou de plusieurs, doivent encore être identifiés. La réponse optique et électronique jusqu'à l'échelle de la boîte quantique unique n'a jamais été mesurée. L'importance du couplage électron-phonon doit encore être évaluée. Le projet fondamental FRONTAL s'attaque spécifiquement à ces connaissances manquantes. FRONTAL quantifiera et analysera la réponse optique et la dynamique ultrarapide de nanocristaux colloïdaux dopés n dans le proche, moyen et lointain infrarouge (longueur d'onde 1-20 µm). À cause de leur proximité avec les matériaux HgCdTe de l'industrie de la photodétection infrarouge, les nanocristaux dopés HgSe et HgTe serviront de système commun. Une alternative non-toxique Ag2Se sera également considérée. En s'appuyant sur une combinaison de techniques de pointe exploitant les signatures électroniques, optiques, acoustiques et thermiques de ces nanostructures, et d'une modélisation 3D dans le formalisme k.p multibandes, les 6 partenaires vont : 1. Donner une description théorique et expérimentale détaillée de la réponse optique des nanocristaux dopés dans toute la gamme de l'infrarouge en descendant à l'échelle nanométrique de la particule unique. 2. Mesurer les temps et identifier les mécanismes gouvernant la relaxation de l'énergie sur des échelles 30 fs – 10 µs grâce à une spectroscopie pompe-sonde ultrarapide en résonance avec les transitions intrabandes moyen et lointain infrarouges et de la photoémission résolue en temps. 3. Évaluer le couplage électron-phonon en tant qu'interaction intrinsèque clef par spectroscopie ultrarapide photoacoustique, à sonde infrarouge, et par diffraction électronique. 4. Discuter du potentiel des nanocristaux colloïdaux dopés pour l'optoélectronique infrarouge en lien avec un industriel français leader de la détection infrarouge. Au-delà de l'impact scientifique et académique, FRONTAL rapprochera les nanocristaux colloïdaux dopés du marché infrarouge. En s'appuyant sur plusieurs signatures de nature optique, électronique, acoustique et thermique, le projet fournira des données résolues spectralement, en temps et spatialement à l'échelle du nanomètre pour imaginer, concevoir et optimiser la prochaine génération de dispositifs infrarouges bas coût comme technologie infrarouge émergeante à base de nanocristaux colloïdaux.

Le Diamant Dopé au Bore (DDB) est un matériau d'exception pour l'électrochimie, l'électrocatalyse, la photocatalyse ou la réalisation d'implants. Semiconducteur à grand gap avec un comportement quasi-métallique à fort dopage, résilient aux attaques chimique, bioinerte, ce matériau réunit de nombreux atouts. Parmi toutes ces applications, le DDB est maintenant particulièrement étudié pour la réduction du CO2 en composés carbonés valorisables au travers de deux approches complémentaires : (i) par voie purement électrochimique et (ii) par photo-électrochimie via la production d'éléctrons solvatés. Dans les deux cas, le DDB possède des propriétés uniques, liées à son diagramme énergétique et inatteignables par d'autres types de semi-conducteurs, qui lui ouvre pour ces prochaines années des possibilités de développement exceptionnelles dans le domaine de l'énergie. L'obtention d'objets nano ou sub-micrométriques fait de DDB serait alors une formidable avancée pour ces applications, afin (i) d'augmenter la surface développée des électrodes, mais aussi de (ii) s'affranchir des contraintes en taille inhérentes à la synthèse du DDV par dépôt chimique en phase vapeur, limité à des échantillons de quelques pouces de diamètre. Cependant, aujourd'hui, l'état de l'art de la synthèse de particules de DDB consiste majoritairement à broyer du film CVD massif en de fines particules. Si ces particules sont de bonne qualité structurelle, cette technique est très couteuse en temps, difficile à réaliser et limitée en volume de production. Dans le projet LITCHI, nous propose une approche en rupture, basée sur la synthèse de particules coeur-coquille monodisperses et sphériques, utilisant un coeur de silice sphérique et une coquille faite de DDB de quelques dizaines de nanomètres. Nous allons développer une technologie CVD innovante, dédiée au recouvrement avec du DDB de ces particules, capable de traiter de large volumes (> 100 mg/h). En utilisant cette technique, l'étape de broyage est évitée et les particules de DDB obtenues seront parfaitement sphériques et monodisperses, avec un diamètres ajustable grâce au coeur de silice. Nous envisageons ainsi de fournir de façon sûre et reproductible la communauté diamant en particules de DDB, qui pourront être ensuite mises en suspension, leur sphéricité leur ouvrant les portes à toutes les techniques d’auto-assemblage pour la réalisation de structure 2D ou 3D (opales). Les objectifs du projet sont de (i) dessiner et développer un réacteur à fort rendement de synthèse de coeur-coquille diamant dopé bore utilisant une technologie qui pourra être transférée industriellement qui assurera une revêtement diamant uniforme et reproductible, (ii) qualifier la qualité structurelle des particules synthétisées par un panel de techniques de pointes dans le domaine des coeur-coquille et du diamant, et (iii) d’évaluer leurs propriétés électrochimiques et photochimiques avant (iv) d'évaluer les performances des coeurs-coquilles en DDB pour la réduction du CO2. Le premier enjeu scientifique du projet, qui dirigera la majeure partie des travaux, concernera la qualité des coquilles en diamant dopé bore qui seront réalisées sur les coeurs de silice. C’est pourquoi le projet réuni des expertises internationalement reconnues dans les domaines de l’analyse physico-chimique (GEMAC), de l’imagerie électronique (ONERA), des techniques dédiées au nano-objets (ILV-CEFS2), de l'électrochimie (ILV-EPI), etc. Le deuxième enjeu du projet concerne le développement du réacteur de synthèse, qui devra dès le début être pensé pour être implémenté et transférable industriellement. L’atout ici de LITCHI est de réunir dans son consortium un industriel capable de développer à façon des sources micro-ondes (SAIREM) et un laboratoire qui a déjà 15 années d’expérience dans le développement de systèmes CVD pour la croissance du diamant (CEA LIST).

L'électronique de charge atteignant ses limites en termes de densité de stockage, de vitesse et de consommation d'énergie, l’électronique à base de spin est désormais un sujet de recherche central et promet des améliorations significatives des performances de l'appareil. Contrôler le couplage spin-orbite avec un champ électrique est un objectif majeur de la spintronique. Le projet GRaSkop vise à étudier et à exploiter le couplage spin-orbite (SOC) de Rashba dans les dichalcogénures de métaux de transition. Nous voulons étudier les propriétés électroniques et optiques de monocouche de MXY (MoSSe, WSSe), obtenues par croissance par CVD, avec différents % de S et de Se. Notre objectif est d’étudier systématiquement les modifications de la structure de bande en utilisant la photoémission résolue en angle combinée avec des mesures de photoluminescence/réflectance. L’ensemble sera supporté par des calculs théoriques. Une telle approche va nous permettre de monitorer la réalisation de dispositifs opto-électroniques de différents types et faire des mesures d'optiques et de transport en fonction de la température et du champ magnétique. Un des objectifs est de déterminer le couplage spin-orbit de Rashba de ces matériaux.

MIXES est un projet de recherche collaboratif explorant les propriétés fondamentales électroniques et structurales de nouveaux nanomatériaux 2D-0D, obtenus par croissance par voie sèche, compatible avec les procédés de l’industrie microélectronique. Nos premiers résultats montrent que ces structures, une fois implantées dans des jonctions tunnel, présentent des propriétés magnéto-Coulomb et d’oscillations de Coulomb très robustes, préservées pour des dispositifs jusqu’à un million de fois plus grands que l’état de l’art. Ces résultats ont soulevé de nombreuses questions quant aux mécanismes physiques fondamentaux sous-jacents qui sont adressées par ce projet. En particulier, nous adresserons les questions fondamentales suivantes : i) Quelle est la nature chimique/structurelle/électronique de l'interface 2D/0D ? Comment les propriétés structurales et électroniques locales/étendues du nanomatériau 2D/0D sont influencées par la nature de l'interface 2D/0D, lorsque celle-ci varie de liaison de type van der Waals à liaison covalente ? (ii) Quel est le mécanisme clé derrière de nombreux nanoclusters dissemblables se comportant apparemment comme des entités uniques ou identiques dans le nanomatériau 2D-0D ? Comment le maîtriser pour un traitement simple et à grande échelle d'un dispositif à un seul électron ? iii) Peut-on l'étendre à d'autres matériaux 2D comme les métaux de transition dichalcogènes ? iv) Comment tirer partie de ces propriétés pour réaliser de nouveaux dispositifs multifonctionnels à électron unique ? Nous suivons une approche multidisciplinaire couvrant la modélisation ab-initio, les sciences de surface, l'analyse structurale, la nanofabrication et le transport. Notre objectif final est d’utiliser ces nouvelles connaissances pour développer de nouveaux dispositifs à un électron multifonctionnels opérant jusqu'à la température ambiante.

Le projet Boites quantiques et Nanorubans de Graphene pour l'optique (Graphene quantum dots and nanoribbons for advanced optics : GRANAO) est consacré au développement de la synthèse chimique de nouvelles structures de boites quantiques (GQDs) et de nanorubans de graphène (GNRs), ainsi qu'à leur caractérisation optique détaillée. La chimie sera guidée par l’ingénierie des propriétés optiques et électroniques. Les propriétés de ces nanoobjets de graphène seront étudiées à l'échelle de l'objet individuel. Pour ce faire, le projet GRANAO rassemble deux groupes de chimistes et un groupe de physiciens. Le principal objectif sera de synthétiser de nouvelles structures de GQDs et GNRs avec des propriétés électronique et optiques originales, ainsi que d'établir le lien entre ces propriétés et leur structure. Les enjeux du domaine sont de pouvoir faire tendre le gap de ces structures vers l'infrarouge et de pouvoir leur ajouter de nouvelles fonctions. Pour ce faire, nous proposons de synthétiser des GQDs avec une forme originale ainsi que d'utiliser des porphyrines comme briques de base de la synthèse de nouvelles GQDs et de nouveaus GNRs. La synthèse des GQDs et des GNRs se fera en étroite collaboration entre les deux partenaires chimistes allemands et français. Des expériences de spectroscopie à l'échelle de l'objet unique, GQD et GNR, et en fonction de la température permettront d'étudier les états quantiques à l'origine de l'émission de lumière ainsi que leur couplage aux vibrations. De même des outils d'optique quantique comme les mesures de corrélation d'intensité ou de résonance magnétique détectée optiquement seront utilisés pour étudier la physique du spin, comme par exemple le croisement intersystème entre état singulet et triplet. A plus long terme le projet GRANAO vise à la fabrication à la demande d'objets bien adaptés à une application donnée en optoélectronique, photonique ou encore pour le marquage biologique.

Nano-circuits fonctionnels réalisés par NANOlithographie aux interface MULTIferroïques laminaires Les nouvelles technologies doivent permettent une croissance durable et nécessitent que les dispositifs utilisent moins de matériaux et consomment moins d'énergie. La miniaturisation a été la principale voie exploitée et avec grand succès dans le domaine de la microélectronique. Une autre stratégie consiste à utiliser des composés multifonctionnels offrant plusieurs degrés de libertés. Idéalement, les deux approches devraient converger vers des dispositifs multifonctionnels à l'échelle nanométrique: c’est l'objectif du projet MULTINANO. Dans ce projet nous réaliserons des dispositifs incluant des composants multifonctionnels sensibles a de nombreuses sollicitations extérieure. La connectique intrinsèque embarquée qui pourra être réduite aux échelles nanométriques. La nanolithographie sera réalisée sur des hétérostructures laminaires monocristallines réalisées par épitaxie par jet moléculaire. La lithographie laser permettra de réaliser des compositions variables dans les plans. Les nano-circuits seront étudiés en fonctionnement (et jusqu'à rupture) en utilisant des techniques d’imagerie de rayonnement synchrotron qui incluront les dispositifs les plus avancés tant pour l’étude structurale, chimique que magnétique aux échelles micro- et nanométriques. Des calculs théoriques seront utilisés pour comprendre le piégeage des charges aux interfaces et pour déterminer les configurations optimales des dispositifs.

Le développement des nouvelles méthodes de fabrication permet d’imaginer des produits innovants et optimisés avec des géométries et des architectures complexes et originales. Ces ruptures technologiques engendrées permettent de repenser la manière de concevoir et d’intégrer de nouvelles fonctionnalités. La maîtrise de la variabilité géométrique des systèmes mécaniques repose sur la modélisation des tolérances dont le principal objectif est de qualifier la conformité d’un système mécanique au regard d’exigences fonctionnelles (jeu, affleurement, alignement, etc.) en fonction des variations géométriques des pièces constitutives. Actuellement, nous sommes face à une rupture importante entre les fonctionnalités et capacités grandissantes des moyens de production et de métrologie alors que les outils de simulation de tolérances présentent de sérieuses limitations principalement à cause de la complexité des outils mathématiques à mettre en œuvre. Afin de combler ces écarts criants et d’obtenir des simulations réalistes du comportement des assemblages, il est impératif de lever les verrous à deux échelles : • Au niveau de la pièce, pour intégrer un niveau de détails géométriques représentatifs des procédés d’obtention, • Au niveau de l’assemblage, pour intégrer une architecture de contacts couplée à une loi de comportement représentative du fonctionnement d’un système mécanique. À l’échelle de la pièce, l’intégration des défauts de forme augmente drastiquement la complexité de la modélisation des contacts. Cela conduit les outils d’analyse de tolérances à émettre des hypothèses appauvrissant les variations des pièces tout en se spécialisant sur des types d’architectures particulières (isostatique ou hyperstatique) avec ou sans gestion des mobilités du système intégrant ou non les déformations locales des surfaces en contact et la souplesse des pièces. Au regard de la complexité des phénomènes physiques à prendre en compte, il est nécessaire de penser et développer une acuité adaptative de la modélisation d’un système par rapport aux exigences fonctionnelles à satisfaire. Le projet AToPAd a pour objectif de lever ces verrous scientifiques notamment en développant à l’échelle de la pièce des outils de caractérisation des défauts de forme réalistes. L’intégration de ces défauts de forme doit être jumelée à la déformation des surfaces de contact. La simulation de ces défauts et déformations à l’échelle du mécanisme assurera la continuité entre ces différentes échelles et validera globalement leur performance. Pour cela, un approfondissement des travaux de recherche en tolérancement géométrique et multi-physique est proposé en considérant une représentation discrète et réaliste des formes (Skin Model Shapes) développée par le LURPA couplée à des méthodes d’analyse de tolérances à bases de modèles de polyèdres réalisées au sein de l’I2M. À travers ce couplage innovant, le projet va contribuer : • À caractériser la variabilité géométrique tout le long du cycle de vie du produit, • À simuler le comportement réaliste des assemblages et à développer de nouveaux fondements pour le tolérancement multi-physique. Les développements théoriques et outils numériques mis en place dans le projet AToPAd seront validés sur des exemples tout d’abord de laboratoires, mais aussi sur des applications fournies par des partenaires industriels. Une des originalités de ce projet est que les outils développés seront partagés en open source. De plus, une bibliothèque CAO des systèmes utilisée pour qualifier les outils sera mise à disposition. Des guides de conception préconisant l’acuité d’une modélisation nécessaire pour un système mécanique vis-à-vis d’une exigence fonctionnelle et d’un comportement attendu seront mis en place. Le projet contribuera dans son ensemble au développement du jumeau numérique des assemblages mécaniques qui est un enjeu pour le volet numérique de l’usine du futur.

Nous avons publié récemment la découverte d'une nouvelle integrase (IntpTN3) codée par un plasmide provenant de l’archée anaérobie hyperthermophile Thermococcus nautili. En plus de ses propriétés canoniques d'intégration, d'excision et d'inversion spécifiques de site, cette recombinase à tyrosine présente des activités sans précédent. IntpTN3 est responsable de la génération d'un nombre d’inversions chromosomiques à grande échelle in vivo, chez son hôte naturel T. nautili. Nous avons reproduit avec succès ces inversions dans un système purifié in vitro exposant ainsi les propriétés très inhabituelles de recombinaison homologue (RH) de cette enzyme. IntpTN3 est capable de promouvoir des réactions de RH entre toute paire de segments d'ADN de séquence identique aussi courts que 100pb. La RH cellulaire est un mécanisme essentiel et complexe qui se produit dans chaque organisme; elle nécessite de l'énergie, un certain nombre de complexes de protéines et de processus coordonnés tels que la synthèse d'ADN. Contrairement à la RH cellulaire, la RH promues par IntpTN3 ne nécessite que l'enzyme et son substrat d'ADN: elle peut être obtenue efficacement dans le tube à essai. Le présent projet vise à décrypter les mécanismes moléculaires de la recombinaison par IntpTN3 afin d'améliorer nos connaissances fondamentales de la RH et d'utiliser ces connaissances pour développer de nouvelles applications biotechnologiques. Le projet suivra trois approches complémentaires: (1) La première approche concerne l'exploration du ou des composants protéiques de la réaction HR in vitro. Nous avons caractérisé plusieurs intégrases hyperthermophiles RH et non-RH. En échangeant des domaines et en générant des enzymes mutantes, nous visons à dissocier les deux activités de recombinaison et à découvrir les domaines impliqués dans la RH. La résolution de la structure tridimensionnelle d’IntpTN3, seule ou avec des substrats d’ADN, sera déterminante pour la détermination du mécanisme moléculaire précis de la RH par IntpTN3. Comme les recombinases nécessitent souvent un facteur secondaire pour une activité complète, nous utiliserons des technologies de pointe pour détecter et identifier d'autres partenaires protéiques impliqués dans la RH par IntpTN3. (2) Dans la seconde approche, nous explorerons le composant ADN de la réaction RH in vitro. Dans un certain nombre de rapports, des mécanismes moléculaires observés in vivo impliquent l'appariement de régions chromosomiques avec une séquence d'ADN similaire ou identique et se produisent en absence de rupture de l'ADN. Il a été suggéré que des structures particulières telles que l'ADN paranémique (PX-ADN) se forment par appariement homologue, mais les preuves formelles font encore défaut. En conduisant les réactions HR à complétion, IntpTN3 permettra d’étudier in vitro pour la première fois la topologie des substrats d’ADN impliqués dans ces mécanismes fondamentaux. (3) Les approches précédentes contribueront à mieux comprendre mais également à améliorer la réaction RH in vitro catalysée par IntpTN3. Nous proposons une preuve de concept basée sur ces connaissances qui ouvre la voie au développement de nouvelles technologies pouvant être utilisées pour la manipulation de chromosomes ou la thérapie génique. Des résultats préliminaires spectaculaires ont été obtenus depuis le début de ce projet et nous prévoyons d’autres données essentielles et des avancées importantes qui seront publiées dans des revues scientifiques à fort impact. Certains aspects originaux de cette recherche visent à générer des applications industrielles et seront protégés par brevet par nos tutelles.

Dans tout organisme, la synthèse des protéines est effectuée par les ribosomes. Ils assurent le décodage de l'ARNm et la catalyse de la liaison peptidique et garantissent la fidélité de la traduction, grâce à des activités de relecture/surveillance du cadre de lecture et des codons. Dans plusieurs organismes dont les mammifères, la composition en protéines et en ARN des ribosomes varie selon le contexte physio-pathologique. Des études récentes ont établi une preuve du concept de spécialisation fonctionnelle des ribosomes, selon lequel une variation de composition du ribosome entraîne des changements d'activité traductionnelle du ribosome et ainsi de la cellule. Le ribosome émerge ainsi comme nouveau régulateur de la traduction, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents sont encore inconnus. Les ARN ribosomiques (ARNr) jouent un rôle central dans le processus de traduction, en contribuant à l'assemblage des sous-unités ribosomiques, au décodage des ARNm et à la catalyse de la liaison peptidique via l'activité ribozyme de l'ARNr 28S. Les modifications chimiques de l'ARNr, principalement la 2'-O-méthylation (2'-O-Me) et la pseudouridylation, sont concentrées dans et autour de domaines fonctionnels particuliers des ribosomes, tels que le site A, le centre de décodage et peptidyl-transférase et l'interface inter-sous-unités. Il est aujourd'hui proposé que ces modifications participent à la structuration du ribosome. Plusieurs équipes, dont les partenaires d'ACTIMETH, ont montré que les variations de 2'-O-Me induisent des changements de traduction et modulent la fonctionnalité des ribosomes. Cependant, les mécanismes par lesquels les 2'-O-Me régulent le fonctionnement du ribosome ne sont pas connus. Nous postulons que la 2'-O-Me des ARNr contrôle l'activité du ribosome et contribue à l'efficacité et à la régulation de la traduction, au cours de l'initiation et de l'élongation. Ce programme vise à déterminer comment la 2'-O-Me module le fonctionnement des ribosomes et à décrire les mécanismes sous-jacents à la régulation de la traduction par modification de la composition du ribosome humain. Dans ACTIMETH, nous ciblerons spécifiquement les sites de 2'-O-Me et déterminerons leur impact sur les étapes d'initiation et d'élongation. En particulier, nous explorerons le rôle des 2'-O-Me (1) sur la traduction globale, (2) sur l'assemblage du ribosome 80S sur divers ARNm, (3) sur le décodage et la fidélité et (4) sur la dynamique d'initiation et d'élongation de la traduction. Pour garantir son succès, le programme ACTIMETH regroupe trois partenaires de renommée internationale dans les domaines de la biologie du ribosome, de la régulation de la traduction, de la fidélité et du recodage. Ce consortium se caractérise par une expertise pluridisciplinaire comprenant la traduction in vitro "hybride", le "ribosome profiling" et la biophysique, pour analyser la composition et l'activité des ribosomes, le contrôle de la traduction et sa dynamique par des techniques de molécule unique. ACTIMETH est basé sur un ensemble solide de données publiées et non-publiées obtenues par les trois partenaires au cours de collaborations déjà existantes. ACTIMETH est entièrement original car il vise à décrire de nouveaux mécanismes moléculaires régissant le processus de traduction, et en particulier la contribution des modifications de l'ARNr. ACTIMETH apportera une description moléculaire détaillée du rôle de la 2'-O-Me sur l'efficacité de traduction des ARNm cellulaires dont la traduction est sensible à la 2'-O-Me. Ces données fourniront également une base pour de futures analyses structurale de ribosome dont la 2'-O-Me est modifiée. Enfin, ACTIMETH fournira des informations moléculaires pertinentes pour comprendre et cibler les populations de ribosomes produits dans des situations pathologiques, dont la description est actuellement en cours dans le cancer et dans des maladies génétiques comme les ribosomopathies et les maladies liées aux mutations non-sens.

Selon l'Organisation Mondiale de la Santé, la résistance aux antibiotiques est l’une des menaces les plus graves pour la santé, la sécurité alimentaire et le développement dans le monde. Elle concerne les humains et les animaux de tous pays et la gravité des infections augmente avec l'échec de traitements antibiotiques. Staphylococcus aureus fait partie des bactéries antibio-résistantes les plus fréquemment rencontrées. Malgré de récentes mesures prophylactiques efficaces, elle reste une cause majeure de maladies nosocomiales et communautaires, allant d’infections cutanées mineures à des bactériémies mortelles. La pathogénicité de S. aureus s'explique par l’expression de nombreux facteurs de virulence, sa capacité d’adaptation aux biotopes et à l’émergence de souches multi-résistantes. L’ensemble de ces facteurs sont sous le contrôle de protéines régulatrices, métabolites et ARN régulateurs. Ces derniers sont ubiquitaires et agissent via une grande variété de mécanismes. Ils peuvent détecter des métabolites, interagir avec des protéines, moduler l'activité de l'ARN polymérase, ou libérer des ribosomes bloqués. Dans de nombreux cas ils s'apparient avec les ARNm pour en moduler l'expression. Les ARN régulateurs sont donc des acteurs importants de la pathogénie, de la résistance aux antibiotiques et de l’adaptation métabolique. En utilisant des approches bioinformatiques et expérimentales, nous avons identifié de nombreux petits ARN régulateurs (sRNA) chez S. aureus. Cependant, pour la majorité des sRNA, la fonction et leurs cibles sont inconnues, en partie du fait d’obstacles technologiques. Nous avons récemment développé une approche pour déterminer les phénotypes associés à l’absence de certains sRNA chez S. aureus. Cette stratégie permet de réaliser des expériences de compétions entre de nombreux mutants et d'identifier ceux qui sont sur- ou sous-représentés dans des conditions de croissance données. Dans le projet RRARE, nous identifierons les mutants de sRNA provoquant un changement de "fitness" des souches dans différentes conditions de croissance, et notamment en présence d'antibiotiques. Nos résultats préliminaires démontrent que cette approche est efficace, mais nous souhaitons maintenant tester un plus grand nombre d'antibiotiques avec une nouvelle bibliothèque de mutants que nous avons améliorée. Nous nous concentrerons ensuite sur la caractérisation des mutants de sRNA présentant des phénotypes pertinents. Pour cela, nous devons d’abord identifier les cibles des sRNA. Il s'agit d'une étape limitante, aucune technique n'étant pleinement satisfaisante. Nous avons récemment développé une méthode par ribosome profiling (Ribo-Seq) chez S. aureus et démontré qu’elle était très efficace pour l’identification de nouvelles cibles. Nous utiliserons cette technique pour trouver les cibles des sRNA identifiés grâce à notre crible de fitness. Un de nos collaborateurs a récemment créé un algorithme pour modéliser l'ensemble des interactions ARNm-miARN dans une cellule eucaryote. Nous proposons de créer une version bactérienne de cet algorithme. La disponibilité de données massives provenant des analyses Ribo-seq de RRARE sur l'abondance et la traduction des ARN sera une occasion unique de modéliser les interactions sRNA-ARN à l'échelle de la bactérie. RRARE contribuera à la compréhension des régulations ARN-ARN et aux mécanismes associant sensibilité aux antibiotiques et sRNA. Le blocage des fonctions permettant la résistance aux antibiotiques est une stratégie pour améliorer l'efficacité des antibiotiques. Ainsi, des molécules interférant avec des sRNA spécifiques ou leurs cibles pourraient augmenter l'efficacité des antibiotiques. De nombreuses molécules ciblant les ARN sont en cours de développement ; une application à long terme du travail proposé serait l'identification et le développement de molécules interférant avec les ARN régulateurs que nous caractériserons.

L’hybridation entre plantes de ploïdies différentes est souvent perturbée par des petits ARNs issus des transposons, qui effacent l’empreinte génomique parentale dans la graine. Ce phénomène, qui ressemble à la dysgénésie des hybrides de Drosophila, suggère que les plantes et les animaux utilisent des mécanismes similaires pour contrôler l'activité et la charge des transposons dans les génomes hybrides. EpiHYBRIDS vise à identifier l’origine et la fonction des petits ARNs responsables des problèmes d’hybridation chez Arabidopsis, en réalisant 1) une suppression des petits ARNs et 2) une épimutagénèse ciblée de loci porteurs d’empreintes dans différents types de cellules. Ce projet permettra d'élucider les bases épigénétiques des réponses au dosage génomique dans les graines, et fournira, sur un plan appliqué, des informations précieuses sur des caractères d’intérêt agronomique liés aux petits ARNs tels que l’hétérosis et l’apomixie.

Notre projet s'inscrit dans le contexte des mécanismes de défense et de réponses aux stress bactériens, dont les découvertes sont en pleine expansion. Les bactéries sont fréquemment exposées à des conditions toxiques ou défavorables dans la nature, lors de procédés industriels, ou quand elles sont confrontées au système immunitaire humain ou à des traitements antibiotiques. Les bactéries ont développé de très nombreux mécanismes de défense, de réponse au stress et de réparation, qui sont cruciaux pour leur survie, mais qui génèrent des problèmes de santé publique en cas de survie de pathogènes. Elucider les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les diverses stratégies mises en place par les bactéries est essentiel pour pouvoir développer de nouvelles applications thérapeutiques et industrielles. Nous avons mis en évidence chez les déinocoques, bactéries extrêmement résistantes aux radiations et au stress oxydant, un nouveau mécanisme de réponse aux radiations, qui permet leur survie. Ce mécanisme, partiellement élucidé, implique deux protéines clés : une métallopeptidase qui, après stress, clive et inactive spécifiquement le répresseur de la réponse aux radiations. Ce répresseur est essentiel à la viabilité de la cellule et sa déplétion prolongée induit une mort cellulaire programmée, de type apoptose, phénomène peu étudié chez les bactéries. Des protéines, non caractérisées, semblables à ce couple protéase/répresseur sont présentes dans de très nombreuses bactéries, y compris chez les pathogènes humains, dans lesquels elles pourraient réguler diverses réponses au stress. Combinant génétique, génomique fonctionnelle, biologie moléculaire, biochimie, microscopie et biologie structurale, notre projet vise à (1) identifier le signal moléculaire induit après stress qui déclenche le clivage du répresseur, (2) déterminer comment le répresseur interagit avec la protéase et son ADN cible, (3) identifier et caractériser les gènes impliqués dans la mort par apoptose, et (4) caractériser des couples protéase/répresseur similaires d’autres bactéries, notamment issues de pathogènes. Ce projet de recherche, à fort potentiel innovant, permettra d’ouvrir la voie à des applications dans les domaines de la biotechnologie et de la conception de médicaments.

Les protéines SMC (pour « Structural Maintenance of Chromosomes) sont très conservées dans la grande majorité des êtres vivants. Elles assurent diverses fonctions essentielles dans l’organisation et le fonctionnement des chromosomes. Les organismes eucaryotes ont plusieurs complexes SMC spécialisés (cohésine, condensines de type I et II, complexe SMC5 / 6) pour la structuration de la chromatine en interphase, la cohésion des chromatides soeurs, ou encore la condensation de chromosomes mitotiques. La capacité des complexes SMC à interagir au niveau de différentes régions des génomes et à extruder des boucles d'ADN pourrait rendre compte de la variabilité de ces complexes. Chez les bactéries, trois complexes SMC différents (Smc-ScpAB, MukBEF, MksBEF) ont été définis comme des condensines bactériennes ; comme chez les eucaryotes, ils jouent un rôle important dans l'organisation et la ségrégation des chromosomes. Smc-ScpAB représente le complexe le plus conservé, alors que MukBEF et MksBEF représentent des condensines qui ont divergé au cours de l’évolution. MukBEF se trouve exclusivement dans certaines branches des gamma-protéobactéries, alors que MksBEF est présent dans des espèces réparties largement sur l'arbre phylogénétique. De manière intéressante, MksBEF coexiste souvent avec une autre condensine ; on ne sait pas si la présence de plusieurs condensines dans une même bactérie répond à un besoin d'activités différentes pour la biologie des chromosomes. Les bactéries Pseudomonas ont à la fois SMC-ScpAB et MksBEF et nous avons initié une étude sur la bactérie pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa afin de révéler la contribution de différentes condensines au fonctionnement du chromosome. Nos résultats indiquent que les condensines bactériennes sont impliquées soit dans la conformation des chromosomes, soit dans la ségrégation des chromosomes. La condensine SMC-ScpAB de P. aeruginosa ne joue pas de rôle majeur dans la ségrégation des chromosomes, mais contrôle par contre la disposition et la chorégraphie des chromosomes. En revanche, des représentants des deux autres types de condensines, c'est à dire MksBEF présent chez P. aeruginosa ou MukBEF provenant de la bactérie Escherichia coli, promeuvent la ségrégation des chromosomes chez P. aeruginosa. Comme observé pour MukBEF dans E. coli, MksBEF favorise en cis les contacts ADN à longue portée. De manière remarquable, nos résultats ont révélé une interférence dans l'activité des condensines bactériennes même si elles contrôlent différents aspects de la biologie des chromosomes: SMC-ScpAB atténue l'activité de MksBEF alors que MukBEF empêche complètement l'activité de SMC-ScpAB. De plus, nos résultats préliminaires suggèrent que l’activité des condensines pourrait être coordonnée avec la réplication. But du projet Utilisant une approche interdisciplinaire unique combinant la génétique, la génomique, la biochimie et l’imagerie de super-résolution, notre projet vise à caractériser l’activité respective des condensines bactériennes dans l’organisation des chromosomes, leur interférence et leur coordination probable avec le processus de réplication. Nous souhaitons : • caractériser l'activité de la condensine MksBEF (tâche 1). • expliquer comment le chargement et la translocation d'une condensine peuvent être coordonnés avec la réplication du chromosome en l'absence d’une autre condensine (tâche 2). • révéler l'interaction et / ou la coordination entre SMC-ScpAB et MksBEF lors de la réplication chromosomique, et expliquer comment MukBEF peut empêcher l'activité de Smc-ScpAB (tâche 3). Le projet est innovant et original pour plusieurs raisons: (i) nous caractériserons pour la première fois l’activité d’un nouveau type de condensine responsable de la ségrégation des chromosomes chez les bactéries; et (ii) notre modèle permet de révéler comment deux complexes SMC distincts coordonnent leur activité pour réaliser simultanément différentes fonctions sur la même molécule d'ADN.

Le complexe protéique Polycomb Repressive Complex (PRC2) maintient réprimée l’expression de gènes durant le développement en régulant la structure de la chromatine. Il est responsable de la triméthylation de la lysine 27 de l’histone H3 chez les eucaryotes et joue un rôle crucial dans le contrôle épigénétique du développement. Il apparait donc essentiel de décrypter les mécanismes qui régulent l’activité de ce complexe et contrôlent son ciblage dans certaines régions chromosomiques. Ces questions sont au centre de notre programme de recherche POLYCHROME. L’eucaryote unicellulaire cilié Paramecium constitue un organisme modèle particulièrement adapté à l’étude des mécanismes de recrutement du complexe PRC2. En effet, chez cet organisme, les régions chromatiniennes associée à la signature PRC2 sont mises en place au cours du développement et sont ensuite éliminées, avant la première division cellulaire. Une originalité de notre modèle réside donc dans le fait que les mécanismes permettant le recrutement initial de PRC2 ne sont pas brouillés par ceux qui assurent le maintien au travers des divisions cellulaires des modifications épigénétiques mises en place par PRC2. Une caractéristique des ciliés, et donc de Paramecium, est la séparation des fonctions germinale et somatique entre deux noyaux au sein d’un même cytoplasme. Le micronoyau diploïde, transcriptionnellement inactif, contient le génome germinal qui est transmis à la descendance sexuelle par méiose, alors que le macronoyau somatique polyploide contient un génome réduit dédié à l’expression des gènes. Au cours du développement du macronoyau à partir du noyau zygotique, environ 25% du génome germinal est éliminé. Ce processus d’élimination d’ADN conduit à la suppression de toutes les séquences répétées dispersées dans le génome, incluant l’ensemble des éléments transposables. Les mécanismes permettant la reconnaissance et l’élimination d’un si grand nombre de séquences différentes restent largement méconnus. Une partie de la réponse provient du mode d’action d’une classe de petits ARN, appelés scnRNA. Initialement produits à partir du génome germinal par une voie de l’ARN interférence spécifique de la méiose, les scnRNA initient l’élimination des séquences homologues dans le macronoyau en développement. Pourtant, il reste à découvrir comment les scnRNA sont connectés à la machinerie d’élimination d’ADN. Nous avons récemment démontré que la régulation de la chromatine contrôle le processus d’élimination programmée d’ADN. En effet, la protéine Ezl1 de Paramecium, homologue de la sous-unité catalytique de PRC2 des mammifères, est essentielle à l’élimination des éléments transposables. La caractéristique la plus surprenante de l’enzyme Ezl1 est qu’elle catalyse la triméthylation de la lysine 9 (H3K9), en plus de son substrat conservé H3K27. Ces deux signatures sont associées aux éléments transposables. L’ensemble de nos résultats suggèrent que l’élimination des éléments transposables dépend d’une étape préalable, conservée chez les eucaryotes : la formation par les petits ARN d’un état particulier de la chromatine. Le projet POLYCHROME a pour but d’élucider le rôle des états chromatiniens associés à la protéine Ezl1 dans le processus qui permet de connecter les petits ARN et l’élimination d’ADN : comment le complexe PRC2-Ezl1 est-il ciblé dans des sites chromatiniens particuliers ? Qu’est ce qui confère au complexe la spécificité additionnelle de substrat envers K9 ? Quels sont les rôles biologiques des nouveaux constituants du complexe que nous avons identifiés ? Pour atteindre nos objectifs, nous combinerons des analyses génétiques et cellulaires, des tests biochimiques, et des cartographies génomiques des profils de méthylation d’états chromatiniens et de transcription. Ce programme est à même de révéler les mécanismes qui régissent l’établissement d’états chromatiniens associés à certaines régions du génome chez les eucaryotes.

L’Hétérochromatine (HC), élément chromosomique essentiel à la stabilité du génome, est particulièrement difficile à répliquer du fait de sa condensation et de sa composition riche en ADN répété. Récemment, l’équipe d’E. Gilson a mis au jour un rôle inattendu de la protéine télomérique TRF2 dans la réplication de l’HC péricentromérique (PHC), établissant un lien fonctionnel inédit entre télomères et péricentromères. TRF2 est un membre du complexe protéique « shelterin » qui protège l’extrémité des chromosomes contre l’activation de la réponse aux dommages à l’ADN et la réparation illicite de ces extrémités. Récemment, elle s’est avérée être un facteur essentiel à la réplication des télomères par le biais de sa reconnaissance de structures d’ADN non-B crées lors de la réplication (G4, pieds de poulet, surenroulement positif) et du recrutement d’enzymes nécessaires à l’élimination de ces structures (hélicases telles que RTEL1 et WRN, nucléases telles qu’APOLLO et MUS81/EME1). Les travaux récents de l’équipe du Pr E. Gilson (Partenaire 1 du projet) montrent que TRF2 se fixe sur l’HC péricentromérique qu’elle protège des dommages à l’ADN et qu’elle est nécessaire à une réplication efficace de ces séquences (Mendez-Bermudez et al., Mol Cell 2018). TRF2 protège aussi d’autres régions du génome riches en H3K9me3 suggérant un rôle plus général de cette protéine dans l’intégrité de l’HC et révélant un lien étroit entre télomères et HC, deux régions intimement liées à la sénescence cellulaire et au vieillissement. En effet, les télomères raccourcissent à chaque division de la cellule, ce phénomène étant à l’origine de la sénescence réplicative, et des changements importants dans l’HC sont des traits reconnus de la sénescence. Notre projet TELOCHROM a pour but de comprendre les mécanismes et les acteurs impliqués dans ce couplage télomères/réplication HC et ses conséquences sur la sénescence et le vieillissement. TELOCHROM allie 3 équipes (E. Gilson, M. Debatisse et C. Chen) et se propose, grâce à des techniques de pointe, d’identifier de nouveaux acteurs télomériques de l’initiation et la progression de la réplication de l’HC et leurs liens avec le vieillissement. TELOCHROM est organisé en 3 taches dont le but est d’identifier les mécanismes et les acteurs impliqués dans la régulation TRF2-dépendente de la réplication de l’HC (WP1), d’analyser le rôle de ces différents acteurs sur l’activation des origines de réplication et sur la composition de la machinerie de réplication (WP2) et de comprendre les conséquences de cette implication dans la sénescence cellulaire (WP3). Les trois équipes qui composent le projet sont impliquées dans toutes les taches en fonction de leur expertise : Le partenaire 1 (équipe Pr. E. Gilson coordonnée par le Dr MJ Giraud-Panis) amène sa connaissance de la biologie des télomères et des péricentromères ainsi que de la topologie de l’ADN ; Le partenaire 2 (équipe Pr. M Debatisse) est un expert reconnu dans la réplication des séquences difficiles à répliquer comme les sites fragiles ; Le partenaire 3 (équipe Dr. C. Chen) excelle dans les techniques de pointe du séquençage nouvelle génération et l’analyse des données qu’elles génèrent. L’originalité et l’intérêt du projet TELOCHROM repose sur : i) un sujet novateur basé sur des liens fonctionnels entre télomères et HC ; ii) une part importante de challenge dû à la nature répétée, condensée et dynamique des régions génomiques étudiées ; iii) des techniques innovantes (optical replication mapping, long read sequencing, Repli-seq, Topotools, Nascent Chromatin Capture) ; iv) des résultats préliminaires solides publiés ou en soumission ; v) une grande complémentarité des équipes qui collaborent et publient ensemble depuis plusieurs années. Ainsi, les données obtenues seront précieuses pour notre connaissance de la réplication de l’HC mais aussi de la sénescence réplicative et de l’importance des télomères et de l’HC dans le devenir des cellules.

Pour comprendre comment est contrôlée la production des protéines, il faudrait une vision intégrée de la traduction, du stockage et de la dégradation des ARN. Chez les eucaryotes, de nombreux régulateurs condensent dans des gouttelettes cytoplasmiques appelées P-bodies. Dans une étude pionnière, nous avons montré que les P-bodies servent au stockage des ARNm, ce qui soulève de nouvelles questions. Quelle est la dynamique spatio-temporelle du stockage et de la traduction des ARN ? Qu’est-ce qui contrôle le stockage différentiel d’isoformes alternatives d’ARN ? Le routage d’ARNm dans les P-bodies est-il critique pour la physiologie cellulaire et joue-t-il un rôle dans les cas de retard mental associés à la perte des P-bodies ? Nous proposons de poser ces questions dans le contexte du cycle cellulaire. Elaboré à partir des intérêts scientifiques de trois partenaires, ce projet exploite leur expertise en granules RNP, imagerie de molécules uniques et technologies bioinformatiques.

Les températures ambiantes élevées dues aux changements climatiques ont un impact sur la croissance et la survie des plantes. Des données récentes indiquent que la modification de la chromatine est un processus essentiel de reprogrammation de l'expression des gènes pendant la réponse des plantes à une température de croissance élevée. Les histone-désacétylases (HDAC), régulant les niveaux d'acétylation des histones, jouent un rôle important dans l'adaptation des plantes à leur environnement. De plus, les HDAC sont également impliquées dans la désacétylation de protéines non-histones, telles que des enzymes métaboliques et des facteurs de transcription pour contrôler leur activité. Nos données préliminaires indiquent que les membres des HDAC d'Arabidopsis jouent des rôles distincts dans la réaction des plantes aux températures élevées. De plus, nous avons constaté qu'une température élevée modifie l’environnement redox des cellules végétales qui régule la localisation sub-cellulaire des HDAC et leur activité de désacétylase. L'objectif de ce projet est d'élucider les mécanismes moléculaires d'interaction entre l'oxydoréduction cellulaire et la modification de la chromatine régulant la réponse des plantes à des températures élevées. En particulier, ce projet vise à élucider comment l'environnement redox cellulaire régule l'activité des HDAC pour contrôler l'acétylation de lysine des protéines histones et non-histones, impliquées soit dans la régulation épigénétique de l'expression génique soit dans le métabolisme et/ou la signalisation, au cours de la réponse des plantes aux températures ambiantes élevées, ainsi qu'à identifier et étudier les régulateurs redox impliqués. Nous proposons, d'abord, d'identifier les modifications post-traductionnelles de type redox des HDAC d'Arabidopsis dans des conditions de températures ambiantes normale et élevée par des approches biochimiques et de spectrométrie de masse. Ensuite, nous examinerons les effets des modifications redox sur l'activité enzymatique des HDAC, leur localisation subcellulaire, et le fonctionnement des plantes en réponse à la température élevée, grâce à des plantes produisant des protéines HDAC étiquetées, sauvage ou mutées, pour les résidus sensibles au redox. Ensuite, nous identifierons les régulateurs redox impliqués dans les modifications des HDAC par des approches biochimiques et génétiques, et étudierons leur rôle dans la réponse des plantes aux températures élevées. Puis, nous évaluerons les effets des modifications redox sur la fonction épigénétique des HDAC en termes de structure de la chromatine, de modifications des histones à l'échelle du génome, de méthylation de l'ADN, et d'expression génique, par séquençage à haut débit et par des approches en biologie cellulaire. Enfin, nous étudierons l'effet des modifications redox des HDAC dans le domaine encore très peu connu de la régulation de l'acétylation de protéines non-histones, afin d'identifier les enzymes métaboliques clés et les protéines de signalisation régulées par les HDAC, et impliquées dans la réponse des plantes aux températures élevées. Ce projet visant à élucider les liens entre les réseaux redox - épigénétique - métabolique permettra de mieux comprendre comment les plantes s'adaptent, ou résistent, à un environnement changeant. Plus précisément, le projet permettra d’établir les bases moléculaires de la régulation des HDAC en réponse au stress et comment les modifications des thiols modulent leurs fonctions. Les résultats obtenus dans le cadre de ce projet permettront d'établir un lien entre la signalisation redox, la régulation épigénétique et l'adaptation des plantes à l’environnement, et de révéler les mécanismes moléculaires des interactions sous-jacentes. Le projet REPHARE rassemble les expertises complémentaires dans les domaines de la régulation épigénétique et de la signalisation redox des deux partenaires qui ont déjà construit une base solide pour mener à bien le projet.

Dans de nombreux organismes, la méthylation de l’ADN est associée aux éléments transposables (ET) et contrôle négativement leur expression. D’autre part, la triméthylation de la lysine 27 de l’histone H3 (H3K27me3) catalysée par les protéines du groupe Polycomb (PcG) cible, elle, les gènes codants pour conduire à leur répression transcriptionnelle. Toutefois, ces deux voies semblent interagir ; en particulier, de nombreuses séquences d’ET, en l’absence de méthylation d’ADN et/ou dans certains types cellulaires, montrent des marques H3K27me3. Ceci pose la question des différences et points communs entre silencing médié par PcG et méthylation de l’ADN respectivement ainsi que celles du rôle et des déterminants moléculaires du ciblage des ET par PcG. Je propose d’y répondre chez Arabidopsis thaliana_un modèle puissant pour l’étude de la régulation épigénétique des ET et de ses conséquences adaptatives_ et, chaque fois que possible, en contexte de stress biotique qui souvent active les ET. Ce programme de recherche devrait nous conduire à faire d’importantes découvertes dans les domaines de l’épigénétique, de la biologie des transposons et de l’évolution. A long terme, il devrait trouver des applications 1) pour l’amélioration végétale puisque la transposition des ET est de plus en plus envisagée comme un outil pour induire de la variabilité génétique et épigénétique, et puisque les variations phénotypiques entre plantes provenant de cultures tissulaires semblent être dues à des instabilités génétiques/ épigénétiques qui pourraient être modulées si elles étaient mieux comprises 2) pour la biologie du cancer dans lequel les interactions élusives entre méthylation de l’ADN et Polycomb jouent un rôle central.

Le phosphate (Pi), composant majeur des cellules, est une ressource stratégique en raison de la diminution des gisements phosphatés de bonne qualité. Pour limiter son usage dans la production de plantes, nous avons besoin de mieux comprendre les facteurs stimulant son import. Une plante sur sol pauvre en Pi et en Zinc (Zn) accumule davantage de Pi que sur sols riches en Zn. Les données suggèrent qu’une voie de signalisation spécifique Zn/Pi est impliquée dans cette stimulation. Si certains régulateurs ont été identifiés récemment, la plupart des éléments moléculaires précoces impliqués dans cette voie restent inconnus. Le projet PHLOWZ propose d’en clarifier les éléments primaires chez Arabidopsis, en utilisant des approches d’imagerie de l’homéostasie du Zn et du Pi, et de transcriptomique. En combinant ces travaux à la puissance du GWAS et de la génétique inverse, PHLOWZ vise à identifier de nouveaux acteurs et verrous régulateurs de la signalization Zn/Pi ches les plantes, pour enrichir nos connaissances fondamentales et ouvrir de nouvelles perspectives agronomiques.

La communication de cellule à cellule est médiée dans les plantes par les plasmodesmata PD, les pores de la membrane plasmique entre les cellules. La façon dont la membrane plasmique (MP) de la DP est impliquée dans la régulation est inconnue. La compréhension des mécanismes régissant la phosphorylation, l'interaction protéine-protéine et la compartimentation en nanodomaines sont des questions cruciales sur la façon dont les plantes limitent, par exemple, la propagation du virus par la DP. Dans ce projet, nous utiliserons la phosphoprotéine spécifique de la plante du groupe 1 REMORIN suggérée comme étant une protéine d'échafaudage régissant la signalisation liée aux particules. Le projet est divisé en 4 tâches : 1/ Déchiffrer le rôle de la phosphorylation dans la ségrégation des nanodomaines PM/PD dans les PM ; 2/ Déchiffrer les partenaires intervenant dans la protéine REM en fonction de la phosphorylation ; 3/ Valider fonctionnellement le réseau d'interaction protéine-protéine qui permet la régulation de la communication cellule à cellule ; 4/ Analyse structure-fonction par RMN des acteurs de la REM. L'expertise internationale des partenaires dans la signalisation à la MP, la structure des proteines et la phosphorylation/kinase sera déterminante.

La formation de racines protéoïdes chez le lupin blanc est une réponse adaptative à la carence en phosphate qui permet à cette espèce de récupérer efficacement ce nutriment fondamental pour les plantes. La possibilité de transférer un jour la capacité à former ces structures simples à d’autres espèces cultivées permettrait de préserver cette ressource limitée. En effet, l’utilisation massive d’engrais provoque un épuisement des stocks de phosphate. Le projet MicroLUP vise à étudier le rôle des microARNs dans le développement des racines protéoïdes afin de comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent leur formation. Ce projet est porté par un consortium qui allie l’équipe de Benjamin Péret (Coordinateur – Partenaire 1 – spécialiste du développement racinaire – UMR B&PMP) avec celle de Martin Crespi (Partenaire 2 – spécialiste de l’étude des miRNA – UMR IPS2) et d’Adnane Boualem (Partenaire 3 – plateforme de TILLING de l’IPS2). Des analyses préliminaires ont mis en évidence de nombreux miRNAs dont l’expression est modulée au cours du développement de ces racines. Ces analyses ont permis d’identifier des candidats potentiels de miRNA ciblant des gènes notamment de la famille des facteurs de transcription GRAS. Le projet MicroLUP prévoit de pousser ces analyses en créant des réseaux de miRNA/gènes grâce à l’étude de mutants avec un développement altéré (identifiés par le Partenaire 1) pour aider au choix de miRNA candidats régulant le développement des racines protéoïdes (Partenaire 2). L’analyse de la fonction de ces miRNA sera ensuite menée in planta par des approches de transformation transitoire, étude du profil d’expression et production de mutants (Partenaire 1). En parallèle, une population de TILLING sera générée grâce à une population mutagénisée à l’EMS produite par le Partenaire 1 et sera amplifiée et criblée pour trouver de nouveaux mutants chez le lupin blanc (Partenaire 3). Ce projet combine la mise en place de réseaux de gènes impliquant des miRNA et leurs cibles avec la génération de ressources génétiques comme le TILLING qui pourront être utilisées pour des applications en champs afin d’améliorer notre compréhension des mécanismes de formation des racines protéoïdes. En outre, le projet MicroLUP ouvre des perspectives pour l’amélioration des systèmes racinaires chez les espèces cultivées par des approches futures de biologie translationnelle.

L’utilisation d’engrais azotés est responsable du rejet d'oxyde nitreux et de la pollution de l'eau. Il serait possible de réduire l'utilisation des engrais sans nuire aux rendements ni à la qualité des produits végétaux en augmentant les performances de recyclage des éléments nutritifs des plantes et la remobilisation de l'azote d’organe à organe. La sénescence des feuilles est un processus de développement bien connu pour son importance dans la gestion des ressources au niveau plante entière. Au cours de la sénescence, la dégradation séquentielle des composants cellulaires est régulée et coordonnée de manière chronologique afin de recycler les nutriments et de procéder à la remobilisation vers les puits. Les chloroplastes sont les premiers organites à être démantelés et la principale source d'azote dans les protéines des feuilles. De manière surprenante, la plupart des protéases associées à la sénescence foliaire sont situées dans des vacuoles lytiques. Parmi celles-ci, on peut citer SAG12 (gène 12 associé à la sénescence), RD21 et Cathepsine B qui sont des protéases à cystéine, et la protéase à aspartate AED1. Rien n’est su du rôle de ces protéases dans le recyclage et la remobilisation de l'azote, sauf dans le cas de SAG12 récemment publié. La chronologie de l'expression et de la maturation des différentes protéases et leurs localisations dans les compartiments cellulaires sont clairement des mécanismes stratégiques pour le contrôle des processus cataboliques dont dépend le début et la durée de la sénescence des feuilles. La dégradation des protéines du stroma du chloroplaste a été étudiée depuis longtemps. La première étape serait une fragmentation des protéines du stroma après oxydation en présence d'espèces réactives de l'oxygène. Les produits de fragmentation persistent probablement dans le chloroplaste jusqu'à ce qu'ils soient expulsés via les stromules dans les vésicules, appelées RuBisCO containing bodies(RCB) et dans des vacuoles associées à la sénescence (SAV) contenant la protéase de cystéine SAG12 entre autre. Il a été démontré que le trafic de RCB vers la vacuole lytique centrale nécessite la macro-autophagie. Ainsi, protéase et autophagie coopèrent dans la degradation des protéines chloroplastes et le recyclage des acides aminés qui les composent. Les deux groupes de l'IJPB (groupe SATURNE) et de l'UMR INRA-UniCaen EVA impliqués dans ce projet ont montré que: (i) L'autophagie et la protéase de cystéine SAG12 peuvent contrôler la mobilisation des éléments nutritifs pour un remplissage efficace des graines; (ii) la surexpression de l'autophagie chez Arabidopsis peut améliorer le recyclage des éléments nutritifs et la mobilisation vers les graines; (iii) SAG12 est exprimée de manière inattendue dans les racines d'Arabidopsis, où elle contrôle les flux d'azote de la racine aux graines et favorise ainsi leur remplissage lorsque les plantes sont en manque d'azote; (iv) Le rôle de SAG12 dans les feuilles au cours de la sénescence est essentiel pour la mobilisation de l'azote des feuilles et l'expression de SAG12 dans les feuilles sénescentes, ainsi que dans les racines au stade de la reproduction, suggère que cette protease participe à la signalisation source-puits; (v) Plusieurs protéines accumulées spécifiquement dans les mutants d’autophagie pourraient être des cibles spécifiques de l’autophagie, comme le suggère la présence de motifs AIM dans leurs séquences et leurs réseaux de régulation de gènes. Les résultats obtenus suggèrent que des effets de compensation existent entre les différentes protéases et la voie de l'autophagie, facilitant une mobilisation efficace des éléments nutritifs. L'objectif du projet est d'étudier les rôles complémentaires de l'autophagie et des protéases dans la mobilisation des éléments et dans la signalisation source-puits en particulier lors de la sénescence des feuilles et des racines.

Le développement des gonades chez les mammifères dépend de la décision du destin d’une cellule. Cette décision se produit dans la cellule de soutien bi-potentielle qui va s’engager dans la voie cellule de Sertoli (mâles) ou de granulosa (femelles). C'est un processus classique mais mal compris en biologie. Les données suggèrent que la détermination du sexe (DS) chez les mammifères implique des voies génétiques complexes et antagonistes. Ce système sert de paradigme au choix du destin des cellules au cours du développement. Une grande partie de notre compréhension de la DS provient de l'analyse d'individus dont le sexe est inversé, y compris les femmes 46,XY atteintes de dysgénésie gonadique. Ces patients forment un sous-groupe de la catégorie DSD, pour désordres du développement sexuel. La plupart de ces cas sont inexpliqués au niveau moléculaire. Récemment, nous avons déterminé que 11% des patients présentant une dysgénésie gonadique 46,XY et 25% des patients présentant un syndrome de régression testiculaire sont associés (p=10-10) à des mutations spécifiques dans des domaines hautement conservés de l`ARN hélicase, DHX37. Ce facteur est connu pour être essentiel à la biogenèse du ribosome chez la levure. Il s'agit d'une découverte entièrement nouvelle qui ne s'intègre à aucun facteur/voie connu impliqué dans la DS des vertébrés. Nos données préliminaires montrent que le gène est exprimé spécifiquement dans les cellules somatiques lors de la détermination du testicule, que son expression est spécifiquement régulée à la hausse dans un modèle d’animaux sexuellement inversé de type XX femelle-vers-mâle et que, de manière surprenante, la protéine DHX37 est située à la membrane nucléaire, plutôt que dans le nucléole comme on pourrait s'y attendre pour un facteur de biogenèse du ribosome. Les objectifs du projet sont de comprendre le rôle de DHX37 dans la DS chez les mammifères et la physiopathologie des DSD en utilisant plusieurs modèles animaux complémentaires, des approches de reprogrammation in vitro, ex vivo et cellulaire à partir de tissus et de cellules provenant de patients humain et des modèles animaux. Notre hypothèse est que DHX37 a acquis un nouveau rôle dans la DS chez les vertébrés. Plus précisément, nous déterminerons si l'inversion sexuelle induite par DHX37 constitue une nouvelle ribosomopathie humaine en déterminant les anomalies du traitement des pré-rARN dans les cellules de patients porteurs de mutations pathogènes. Nous déterminerons également des partenaires protéiques et ARN fonctionnellement pertinents en utilisant une combinaison d'approches établies et de techniques innovantes utilisant du biomatériau provenant de gonades humaines et animales. La capacité de DHX37 à provoquer l’inversion du sexe dans divers modèles animaux sera déterminée et, si elle est informative, utilisée pour étudier la physiopathologie de la maladie. Enfin, les conséquences des mutations seront étudiées sur les modèles cellulaires de type Sertoli que nous avons développés, dérivés de cellules iPSC, ainsi que sur des technologies de gonades sur puce. Cette proposition a plusieurs impacts majeurs. Premièrement, nous avons identifié une nouvelle cause génétique du DSD. Du point de vue de la gestion des patients et du diagnostic, il s'agit d'une contribution majeure. Deuxièmement, cette proposition vise à comprendre comment cette ARN hélicase interagit avec les voies connues de la DS et a donc un intérêt plus large dans le domaine de la DS et du choix du destin des cellules qui sont impliquées. Enfin, nos données suggèrent fortement que certaines formes d’inversion sexuelle sont une ribosomopathie. Comprendre le (s) mécanisme (s) impliqué (s) aura un impact beaucoup plus large sur la relation entre la biogenèse et la fonction des ribosomes et sur la manière dont des phénotypes de maladie spécifique sont observés dans les ribosomopathies humaines connues.

Ce projet fait partie d'un effort mondial de la communauté scientifique visant à déterminer la structure du microbiote et son rôle dans la santé humaine. Alors que les travaux sont très avancés sur le microbiote bactérien, nous proposons dans ce projet de nous concentrer plus spécifiquement sur la sous-population fongique du microbiote intestinal. Cette population est encore peu étudiée malgré son fort potentiel dans l'équilibre écologique du microbiote. On considère que ces micro-organismes jouent un rôle important dans le maintien d'un microbiote intestinal stable en interagissant avec les bactéries de cette niche, mais également en interagissant avec l'hôte et en particulier son système immunitaire. Parmi les maladies causées par un microbiote de déséquilibre, les plus clairement identifiées sont les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI). Les MICI touchent aujourd'hui plus de 200 000 patients en France et sont en croissance constante. Elles ont des conséquences dramatiques et invalidantes sur la vie des patients (douleurs abdominales récurrentes, diarrhée chronique, faiblesse générale, etc.) et se produisent chez une population jeune de 20 à 30 ans. Après une affection de longue durée, elles nécessitent souvent une intervention chirurgicale qui dégrade le mode de vie des patients et à terme l’inflammation récurrente peut même conduire au cancer. Les champignons, bien que moins nombreux, sont des composants de l'écosystème et font donc partie de son équilibre, et sont donc progressivement devenus un nouveau domaine d'étude des microbiotes. Alors que les données augmentent maintenant sur la diversité de la communauté fongique dans différentes niches d’animaux et d’êtres humains, on en sait très peu sur le rôle spécifique des champignons dans ces écosystèmes. En particulier, les interactions entre champignons et bactéries sont mal décrites. Ce projet a donc pour objectif de comprendre comment les entérobactéries et les champignons interagissent dans le microbiote intestinal, par quel mécanisme et par quelles conséquences sur la santé de l’hôte. Sur la base de nos résultats récents et puisque de nombreux résultats suggèrent un lien potentiel entre le microbiote intestinal fongique et les maladies inflammatoires, la portée de notre projet se concentrera sur ces environnements particuliers. L’hypothèse de notre approche intégrative est que les parties fongique et bactérienne du microbiote ont des interactions spécifiques menant à l’équilibre du microbiote intestinal, influençant par conséquent directement ou indirectement l’homéostasie de l’hôte. En utilisant les résultats publiés récemment par les partenaires du consortium, l’accent sera mis sur l’interaction entre Enterobacteries et champignons en particuliers lors d’inflammations intestinales. Les objectifs d'EnteroFun sont : • Disséquer avec précision, à l'aide de modèles animaux, l'interaction entérobactériacées - champignons se produisant dans l'intestin, en se concentrant sur le rôle de la bactérie, afin d’évaluer la spécificité de souche, le rôle de l'état physiologique de la bactérie comme l'effet de la quantité de bactéries ; • Explorer les interactions directes entre bactéries et champignons en utilisant des approches in vitro mimant l'interaction intestinale afin de tester la modulation de l'interaction en utilisant différents traitements ; • Traduire les résultats accumulés lors des deux études précédentes pour intervenir in vivo sur le microbiote afin de développer de nouvelles approches thérapeutiques dans le traitement des MICI. Identifier et tester le potentiel de nouvelles espèces bactériennes ou fongiques impliquées dans l'équilibre de l'écosystème du microbiote intestinal. En tant que tel, Enterofun permettra d’énormes progrès dans la compréhension du fonctionnement de l’écosystème du microbiote, révélant ainsi un tout nouveau domaine de recherche et de nouvelles cibles potentielles pour la modulation du microbiote.

Les troubles du spectre autistique (TSA) constituent un groupe hétérogène et incurable de troubles neurodéveloppementaux. Leur prévalence a considérablement augmenté dans le monde, passant de 0,02 % en 1975 à 1,2 % en 2012. Outre les symptômes comportementaux, un sous-groupe important de patients présente des troubles digestifs. D'importantes lacunes subsistent encore dans notre compréhension des mécanismes étiologiques et physiopathologiques dans les TSA. Cependant, il est de plus en plus reconnu que les TSA résulteraient d'une interaction complexe entre des facteurs génétiques et environnementaux. Des études récentes ont mis l'accent sur le rôle supposé du microbiote intestinal comme co-facteur associé au développement des TSA. Cependant, le rôle physiopathologique du microbiote intestinal et les mécanismes sous-jacents aux dysfonctionnements de l'axe intestin-cerveau demeurent inconnus dans les TSA. Afin de lever cette barrière scientifique, nous avons émis l'hypothèse que la dysbiose intestinale chez les patients atteints de TSA entraîne une composition anormale de métabolites contribuant à modifier les fonctions intestinales et cérébrales. Aussi, Microbioautisme a les objectifs suivants : 1) Déterminer chez la souris l'impact du surnageant fécal des patients atteints de TSA (FS-ASD) sur les fonctions intestinales et cérébrales et les modifications cellulaires et moléculaires associées. 2) Identifier le rôle d’un acide biliaire secondaire, l'acide désoxycholique (DCA), en tant que candidat potentiel dans les dysfonctionnements intestinaux et cérébraux induits par le SF-ASD. 3) Découvrir les signatures bactériennes chez les patients atteints de TSA associées à des traits pathologiques fonctionnels et transcriptomiques. La faisabilité de ce projet est étayée par de solides résultats préliminaires obtenus par un consortium de cliniciens experts dans le domaine de l'autisme (M. Leboyer, Hôpital Universitaire Henri Mondor, Créteil) et de chercheurs experts en microbiologie fonctionnelle (J. Doré, Inra, Jouy en Josas), neuroimmunologie (L Davidovic, CNRS Nice), et neurogastroentérologie (M. Neunlist, Inserm 1235, Nantes) et qui forment les partenaires centraux du projet actuel. Nos équipes ont ainsi établi une cohorte de patients atteints de TSA et de témoins sains associée à une bio-collection de selles. Les analyses métagénomiques et métabolomiques effectuées sur les selles de patients atteints de TSA et de témoins ont révélé des modifications des communautés microbiennes et une concentration augmentée d’un métabolite bactérien, le DCA, dans les TSA comparativement aux témoins. Nous avons ensuite montré chez la souris que des énémas de FS-ASD induisait des modifications des fonctions gastro-intestinales (par rapport aux FS de contrôle) et que ces modifications étaient associées à une altération de l'expression, tant dans l'intestin que dans le cerveau, de molécules clés liées à la connectivité neuronale. Ainsi, nous sommes convaincus que Microbiautisme aura des impacts scientifiques et sociétaux majeurs. Premièrement, il apportera de nouvelles connaissances scientifiques sur les mécanismes physiopathologiques des TSA pour lesquels les interactions environnement/santé sont de plus en plus soupçonnées d'être un mécanisme sous-jacent de la maladie. Microbiautisme est donc pleinement conforme aux priorités définies dans le présent appel ANR, et d’autant plus qu’il est centré sur l’autisme défini comme un autre axe prioritaire de l’ANR. En outre, la découverte de signatures bactériennes associées à des traits physiopathologiques fondera le rationnel scientifique pour développer de nouvelles stratégies thérapeutiques visant à moduler le microbiote intestinal dans la prise en charge de l’autisme. Enfin, Microbiautisme a aussi pour ambition de sensibiliser le public et des politiques à soutenir la recherche sur l'autisme, et plus généralement sur les troubles psychiatriques.

L'objectif principal de ce projet est d'élucider les mécanismes des arythmies ventriculaires impliquées dans la mort subite cardiaque (MSC), qui représente environ 15% des décès dans le monde. La MSC peut survenir sur un cœur structurellement normal pour lequel la tachyarythmie létale est le plus souvent due à une canalopathie, c'est-à-dire une maladie génétique affectant un canal ionique. Nous nous concentrerons sur deux syndromes dépendant de la stimulation adrénergique : la tachycardie ventriculaire polymorphe catécholaminergique (CPVT) et le syndrome du QT long de type 3 (LQTS3). La CPVT est une maladie génétique sévère qui se manifeste par des syncopes ou une MSC chez des enfants et de jeunes adultes lors d'un stress physique ou émotionnel et en l'absence de maladie cardiaque structurelle. La plupart des mutations causales de la CPVT se situent dans le gène codant le canal Ca2+ du réticulum sarcoplasmique, le récepteur de la ryanodine de type 2 (RyR2). D'autres mutations affectent les protéines régulatrices de RyR2, ce qui indique que la CPVT est liée au dysfonctionnement de RyR2. Les ouvertures aberrantes du RyR2 pendant la diastole produisent une élévation de [Ca2+]i qui est rapidement extrudée par l'échangeur sodium/calcium électrogénique, produisant ainsi des post-dépolarisations retardées à l'origine de l'activité déclenchée et de l'arythmogénèse de la CPVT. Lorsque les bloqueurs ß-adrénergiques (première option thérapeutique) ne confèrent pas une protection suffisante, la flécaïnide, un bloqueur du canal Na+, est ajoutée avec une bonne efficacité, mais une fenêtre thérapeutique étroite. Bien qu'un effet direct de la flécaïnide sur RyR2 ait été invoqué comme mécanisme d'action, ce point reste controversé. Nous émettons donc l'hypothèse que l'altération de l'homéostasie sodique contribue à l'arythmogénicité de la CPVT. C'est un mécanisme totalement inexploré. Le LQTS est un trouble héréditaire de l'activité électrique cardiaque. Il est causé par une repolarisation retardée des cardiomyocytes ventriculaires, ce qui entraîne un allongement de l'intervalle QT sur l'ECG et une sensibilité accrue à la tachycardie ventriculaire polymorphe et à la fibrillation ventriculaire. Les mutations dans les gènes codant pour les canaux ioniques ou leurs sous-unités accessoires sont liées à différents types de LQTS. Des mutations dans le canal Na+ Nav1.5 (gène SCN5A), qui altèrent son inactivation, induisant un courant Na+ persistant, sont impliquées dans le LQTS3. Fait intéressant, nos données récemment publiées montrent que le Ca2+ intracellulaire est augmenté dans les cardiomyocytes de souris LQTS3 (Scn5a+/?QKP) probablement via l'activité de l'échangeur Na+/Ca2+ extrudant l'excès de Na+. Nous formulons l'hypothèse nouvelle qu'une dérégulation du Ca2+ intracellulaire contribue à l'arythmogénicité du LQTS3. Rassemblant un groupe d'experts de renommée internationale, nous proposons un projet original et multidisciplinaire axé sur le rôle clé de [Ca2+]i et [Na+]i dans la genèse d'arythmies sévères, en utilisant à la fois des modèles de souris et de lapins de CPVT ou LQTS3 et des cardiomyocytes différenciés à partir des cellules souches pluripotentes induites des patients présentant les mêmes mutations. Au-delà des maladies rares telles que la CPVT et le LQTS3, une dérégulation du Ca2+ et du Na+ a été observée dans les maladies cardiaques acquises comme l'insuffisance cardiaque, où les arythmies cardiaques représentent la moitié des décès. Les nouvelles connaissances acquises sur ces maladies rares peuvent également être bénéfiques pour les maladies courantes pour lesquelles le canal affecté peut présenter une altération de l'expression et/ou de la fonction, comme l'insuffisance cardiaque, pour laquelle la MSC est responsable d'environ la moitié des décès. Ainsi, l'élucidation des mécanismes de la CPVT et du LQTS permettra d'acquérir les connaissances essentielles pour proposer de nouvelles thérapies antiarythmiques efficaces.

Les Spondyloarthrites (SpA) sont des maladies inflammatoires chroniques articulaires conduisant à une ankylose osseuse. L’antigène HLA-B27 du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I est le principal facteur génétique associé aux SpA. Il se lie à la ß2-microglobuline humaine (hß2m) pour présenter des peptides antigéniques aux cellules T CD8 +. Malgré 46 ans d’études, le mécanisme par lequel HLA-B27 prédispose aux SpA reste incompris. Certaines hypothèses spéculent sur la présentation de peptides particuliers aux cellules T CD8 +, d’autres sur des fonctions non-canoniques de HLA-B27. Les partenaires 1 et 2 ont produit des drosophiles transgéniques exprimant HLA-B27 en association avec hß2m ; ce modèle animal simple pouvant faciliter l'identification d'effets non-canoniques d’HLA-B27. Les drosophiles qui co-expriment hß2m et l'allèle HLA-B27 associé aux SpA - mais pas l’allèle témoin HLA-B7 non-associé - montrent un phénotype d’ailes ainsi qu'un adressage de HLA-B27 bien replié à la surface cellulaire. Le partenaire 1 a montré que ce phénotype était dû à une perturbation de la signalisation médiée par la superfamille TGFß et en particulier par les BMP. Chez la drosophile, HLAB27/hß2m lie et réprime un des récepteurs de type 1 (BMPR1), Sax, induisant une augmentation de signalisation BMP. Les partenaires 1 & 2 ont montré que cette interaction était conservée avec l’orthologue humain ALK2 à la surface des cellules immunitaires de patients atteints de SpA. L’hypothèse d’une voie BMP altérée chez les patients atteints de SpA est aussi cohérente avec des données de la littérature et produites par le partenaires 2 montrant une dérégulation des ligands ou effecteurs de la voie BMP, dans les cellules dendritiques de rat transgénique HLA-B27 ou dans le sérum des patients. Le rôle pathogène de HLA-B27 dans les SpA pourrait donc résulter d’une dérégulation de la signalisation TGFß/BMP, au carrefour entre l’inflammation et l’ossification. La superfamille TGFß contient également des régulateurs clés de l’homéostasie intestinale. Les SpA sont fréquemment associées à une maladie in?ammatoire intestinale et les liens mécanistiques entre HLA-B27 et ces maladies qui estent inconnus pourraient résulter d’une dérégulation de la signalisation BMP dans les cellules immunitaires ou intestinales. Chez la drosophile, lors d’une infection, les BMP régulent l’adhérence et la prolifération des hémocytes (macrophages). De plus, les hémocytes sécrètent une BMP qui permet la régénération intestinale. Le partenaire 1 a montré que l’expression d’HLA-B*27:05 dans les hémocytes induisait spécifiquement une diminution de la longévité des mouches. Nous faisons l’hypothèse qu’une perte d’homéostasie intestinale, consécutive à une dérégulation de la voie BMP par HLA-B27 dans les hémocytes serait à l’origine de cette létalité. Ce projet sera réalisé par un Consortium déjà engagé dans une collaboration. Notre objectif est de comprendre la dérégulation de la voie TGFß/BMP induite par le HLA B27. La Tâche 1 sera d’identifier les récepteurs de la superfamille TGFß qui interagissent avec HLA-B27 et de caractériser leurs effets chez la drosophile et sur les cellules de patients atteints de SpA. La Tâche 2 vise à caractériser le peptidome associé à l'HLA-B27 chez la drosophile et à le comparer à celui du rat et de l’Homme afin d’identifier des peptides spécifiques du caractère pathogène de la molécule. La Tâche 3 vise à caractériser le rôle d’HLA-B27 sur les hémocytes et l’homéostasie intestinale. HLA-B27 sera exprimé dans les hémocytes ou les cellules intestinales de drosophile pour étudier son impact sur la régénération intestinale. La drosophile est un nouveau modèle permettant d’étudier les effets non-canoniques de HLA-B27. Il est complémentaire du modèle de rat transgénique et des cellules des patients également utilisés par le consortium. Les résultats de ce projet pourraient avoir des retombées thérapeutiques importantes pour les patients atteints de SpA.

En raison des effets pléiotropes des œstrogènes (E), la diminution de leur production par les ovaires à la ménopause entraîne souvent des symptômes climatériques (bouffées de chaleur et sueurs nocturnes, insomnie et instabilité de l'humeur) en raison de la baisse des E dans le système nerveux central (SNC). La privation en E peut également se manifester par une atrophie urogénitale, une redistribution abdominale des graisses et des modifications métaboliques, une accélération du vieillissement cutané et de l'ostéoporose. L'hormonothérapie (HT) est efficace pour prévenir les symptômes climatériques, ainsi que le risque d'ostéoporose, de diabète et de maladies coronaires. Cependant, l'HT augmente également 2 risques: celui de la thrombose veineuse (TV) et ses complications emboliques et celui de cancer du sein. Cela souligne la nécessité d’une optimisation de l’HT en conservant les principaux effets bénéfiques des E avec moins de risque de cancer du sein et/ou de TV. NOSE4 propose 2 nouvelles options pour optimiser la modulation du récepteur des estrogènes (ERa) dans une perspective d’HT: une nouvelle voie d'administration des E: intranasale et un nouvel œstrogène: l’Estetrol (E4). Il n'y a pas de consensus concernant la voie d'administration des E: orale aux USA, transdermique en France, cette dernière évitant un premier passage hépatique et donc l'augmentation des facteurs de coagulation et de risque de TV. Comme étudié dejà pour la progestérone et la testostérone (partenaires (P) 2 et 5), la voie d'administration intranasale de E pourrait permettre sa distribution préférentielle au SNC, renforçant les actions souhaitées (prévention des bouffées de chaleur, de la prise de poids et des anomalies métaboliques), tout en diminuant l'exposition du foie et des cibles sexuelles à l’E et, partant, les risques de TV et cancer du sein. Cette hypothèse sera testée dans la tâche 1. L’E4, un œstrogène synthétisé par le foie du fœtus, a récemment été évalué dans le cadre d’un essai clinique de phase II en tant que nouveau contraceptif oral par le P4). L’avantage de l’E4 par rapport aux autres E utilisés est que, jusqu'à 20 mg / jour, l’E4 n'a pas d'impact hépatique, en particulier sur les facteurs de coagulation, et pourrait donc ne pas augmenter le risque de TV. À la même dose, E4 contribue à inhiber l'ovulation tout en prévenant le spotting chez les jeunes femmes, et les bouffées de chaleur à la ménopause. L'objectif de la tâche 2 est d'élucider les mécanismes d'action de E4. ERa est un facteur de transcription qui présente une action nucléaire en se liant à la chromatine et en mobilisant des cofacteurs pour influencer la transcription de ses gènes cibles, mais une fraction de ERa liée à la membrane plasmique peut provoquer une signalisation rapide. Le P1 a précédemment démontré le profil unique de E4 : il active ERa nucléaire mais inhibe ERa membranaire. Nous émettons l'hypothèse que l'expression des gènes du foie dépend à la fois de l'ERa nucléaire et de ERa membranaire, et que le profil particulier de E4 pourrait expliquer son action «favorable au foie». Grâce à un ensemble unique de modèles de souris transgéniques, les P 1, 3 et 4 vont caractériser les mécanismes d’action moléculaires et cellulaires de E2 et E4 dans le foie. De plus, cette approche pourrait fournir un modèle pour comprendre l’un des mystères les plus intrigants de la biologie des ERa, à savoir la spécificité tissulaire des modulateurs sélectifs des ER. Ce projet sera mené par un consortium de 3 P académiques ayant une expertise reconnue dans la signalisation in vivo médiée par ERa (P1, INSERM Toulouse, coordinateur), la structure et la fonction de ERa et les mécanismes épigénétiques (P3, CNRS Rennes) et la synthèse et l’action des stéroïdes dans le SNC (P2, INSERM, Bicêtre). P4 (Mithra Pharma, Belgique) fournira au consortium l’E4 et P5 (M et P® Pharma AG, Suisse) développera les formulations des stéroides en gel pour l’administration intranasale.

La migration cellulaire directionnelle ou chimiotaxie, orchestrée par les chimiokines (CKs) et leurs récepteurs (CKRs), régule le développement des organes et joue un rôle physiologique clé à l'interface entre l'homéostasie tissulaire et la surveillance immunitaire. Certaines CKs/CKRs telles que CXCL12 et ses deux récepteurs CXCR4 et ACKR3, ont des fonctions homéostatiques essentielles et non redondantes qui vont bien au-delà de la migration cellulaire. CXCR4 est un récepteur couplé aux protéines G (GPCR) et ACKR3 appartient au sous-groupe des CKRs atypiques capables de piéger les CKs et de réguler ainsi leurs niveaux tissulaires. De nombreux travaux consacrés à CXCR4, depuis la découverte de son rôle dans la pathogenèse du VIH à la mise en évidence plus récente de son implication, ainsi que celle de ACKR3, dans un large éventail de syndromes inflammatoires/immunitaires/infectieux ou de cancers soulignent le potentiel thérapeutique de ces deux récepteurs. Il est suggéré qu’à travers sa fonction régulatrice sur les gradients tissulaires de CXCL12, ACKR3 module la chimiotaxie des cellules exprimant CXCR4 et rende ainsi compte de la régulation croisée entre ces deux récepteurs. Nos résultats préliminaires indiquent cependant que CXCL12 se lie et active CXCR4 bien avant de se lier à ACKR3, suggérant des mécanismes additionnels aux fonctions atypiques d’ACKR3. Dans notre projet nous souhaitons étayer l’hypothèse de la contribution des oligomères qui se formeraient entre CXCR4 et ACKR3 avec comme objectif ambitieux d’apporter la preuve de leur existence dans des conditions natives qui fait toujours défaut et nécessite la mise en place d'outils novateurs et de modèles originaux. Par conséquent, notre consortium qui combine des expertises complémentaires en physiologie, pharmacologie, biologie structurale, chimie médicinale et modélisation in silico des GPCRs vise (i) à caractériser les propriétés pharmacologiques et structurales des oligomères CXCR4/ACKR3, (ii) à prouver leur existence dans des tissus natifs et (iii) à définir leur rôle physiologique en nous basant en grande partie sur (iv) le développement de ligands sélectifs pour les oligomères. Nos données préliminaires appuient fortement le concept selon lequel les oligomères CXCR4/ACKR3 représentent des entités uniques de liaison/signalisation, dont nous approfondirons les caractéristiques. Pour étudier l’existence d’oligomères dans les tissus natifs, nous avons développé des expériences de transfert d’énergie en temps résolu basées sur l'utilisation de nanobodies fluorescents ciblant CXCR4 ou ACKR3. Ces approches nous ont permis de démontrer l’existence d’oligomères de CXCR4 dans des cellules exprimant de manière endogène CXCR4, une découverte originale que nous allons étendre aux cellules/tissues co-exprimant les deux récepteurs (modèles murins et modèles 3D de peau humaine (3D)). L'élucidation de la structure des oligomères CXCR4/ACKR3 étant essentielle pour comprendre les interactions entre les récepteurs et pour concevoir des ligands sélectifs, nous combinerons la technique innovante de Cryo-EM à résolution quasi-atomique à des systèmes d'origami ADN-3D qui serviront de support pour contrôler le positionnement spatial et la densité des deux récepteurs. Enfin, deux stratégies complémentaires seront mises en œuvre pour développer des ligands sélectifs des oligomères : l’une est basée sur le développement de ligands hétéro-bivalents résultant de l’attachement de ligands sélectifs pour CXCR4 et ACKR3 et l’autre sur le criblage virtuel de structures pour concevoir des composés capables de stabiliser/perturber l'interface du dimère CXCR4/ACKR3. Nous anticipons que la caractérisation structurale et biologique des oligomères CXCR4/ACKR3 bénéficiera aux programmes de recherche de molécules thérapeutiques et également à l’innovation technologique dans le domaine des GPCRs, fournissant ainsi un guide pour la caractérisation de complexes impliquant d’autres CKRs.

Le vieillissement de la population s’accompagne d’une augmentation de la prévalence de l'insuffisance cardiaque à fraction d'éjection préservée (HFpEF). Alors que l'incidence de l’HFpEF en terme de mortalité augmente constamment, les traitements demeurent inefficaces en raison d’une méconnaissance des mécanismes du vieillissement cardiaque. Dans une approche originale, notre consortium mettra en commun des modèles adaptés à l’étude de l’HFpEF dans le contexte du vieillissement. Récemment, il est apparu que l’accumulation de cellules sénescentes favorisait le développement des maladies liées à l’âge. Dans le laboratoire, nous avons récemment montré que les cardiomyocytes âgés acquéraient un phénotype de sénescence caractérisé par des lésions persistantes aux télomères et par l'activation des marqueurs classiques de la sénescence. En outre, l’élimination pharmacologique ou génétique des cellules sénescentes dans le cœur âgé protégeait de l’hypertrophie et de la fibrose. Cela a conduit à l’idée selon laquelle le ciblage des voies de sénescence dans le cœur pourrait atténuer l'IC liée à l'âge. Notre séquençage d'ARN effectué dans des cardiomyocytes sénescents a démontré l'activation de voies de signalisation liées à l'AMPc. Le cAMP est un second messager régulant les principaux processus physiopathologiques du cœur, mais son rôle dans le vieillissement cardiaque est mal compris. Parmi les effecteurs de l'AMPc, on trouve les protéines de liaison à l'AMPc récemment identifiées, EPAC pour « protéines d'échange directement activées par l'AMPc ». EPAC1 et EPAC2 agissent comme des facteurs d'échange pour la petite protéine G Rap, et régulent les événements clés du remodelage cardiaque tels que l'hypertrophie et l'apoptose. Nos données préliminaires indiquent qu’EPAC1 est surexprimé dans le coeur âgé de souris et que son activation chronique in vitro favorise la sénescence des cardiomyocytes. De plus, le signalosome AMPc/EPAC1 est fortement compartimenté et se produit dans plusieurs compartiments subcellulaires tels que la mitochondrie et le noyau des cardiomyocytes où il régule différentes voies de signalisation conduisant à la sénescence. Les pools subcellulaires d'AMPc sont contrôlés par une superfamille d'enzymes appelées phosphodiestérases (PDE). Comme les isoformes de PDE sont spatialement ségrégées dans la cellule, cela pourrait permettre de moduler la signalisation de l'AMPc dans certains compartiments mitochondriaux ou nucléaires en utilisant des inhibiteurs sélectifs des PDE. Cependant, à l'heure actuelle, le rôle et la régulation des différentes isoformes de PDE dans le vieillissement cardiaque sont inconnus. Dans ce projet, nous combinerons des approches in vitro et in vivo afin d’étudier la régulation et la fonction du signalosome de l'AMPc au cours du vieillissement. Dans un premier temps, nous évaluerons si l’AMPc, via EPAC1, pourrait réguler le stress oxydant mitochondrial, les dommages à l’ADN, le couplage excitation-contraction et la sénescence. Deuxièmement, nous examinerons si une régulation spécifique des isoformes de PDE au cours du vieillissement pourrait impacter les pools d’AMPc, particulièrement dans les mitochondries ou le noyau, deux acteurs majeurs de la sénescence. Troisièmement, nous évaluerons si la surexpression des PDEs ou l’inhibition d’EPAC1, pourrait atténuer l’HFpEF dans des modèles de vieillissement normal ou accéléré chez la souris. Ainsi, une caractéristique unique de ce programme sera la capacité de mener à bien des approches hautement intégrées dans les études animales et cellulaires. SIGNALAGE réunira des compétences dans les domaines de la sénescence et du vieillissement cardiaque à l’INSERM I2MC à Toulouse (Partenaire 1), du couplage excitation-contraction à l’INSERM U1180 (Labex LERMIT) à Châtenay-Malabry (Partenaire 2) et du signalosome de l'AMPc et la compartimentation (partenaires 1 et 2) dans l'espoir de trouver de nouvelles perspectives pour le traitement de l’HFpEF.

La ste´atopathie he´patique est une complication lie´e a` la dysfonction me´tabolique et a` l’obe´site´, ou` l’inflammation chronique joue un ro^le essentiel. Sa pre´valence en fait un proble`me majeur de sante´ publique. Les MAIT (mucosal-associated T cells) sont des lymphocytes T non conventionnels pre´sents dans la muqueuse intestinale et e´galement abondants dans le tissu adipeux et le sang. Ils reconnaissent des ligands bacte´riens inhibant ou activant leur fonction. Notre consortium a mis en e´vidence une alte´ration des cellules MAIT au cours du syndrome dysme´tabolique et a de´montre´ leur ro^le pro-inflammatoire et pro-fibroge`ne dans le foie. HEPADIMAIT e´tudiera le dialogue complexe entre les ligands bacte´riens du microbiote intestinal, l’inflammation et la fonction des MAIT dans le foie et le tissu adipeux au cours de la progression de la maladie. HEPADIMAIT permettra de de´terminer si ces cellules pourraient constituer une nouvelle cible the´rapeutique de la dysfonction me´tabolique.

La paroi cellulaire des bactéries est responsable de la forme et de l'intégrité physique de la cellule. Son composant majeur est le peptidoglycane (PG), un polymère qui est continuellement remodelé tout au long de la croissance cellulaire. Tout défaut d'assemblage du PG est néfaste pour la cellule bactérienne. Ainsi, de nombreux antibiotiques actuellement utilisés ciblent les enzymes clés de l'assemblage du PG. Parmi ces antibiotiques, on peut citer le groupe des ß-lactames et les glycopeptides. Or, le nombre d'espèces bactériennes devenant résistantes à ces molécules ne cesse de croitre. Ce phénomène représente donc un sérieux problème de santé publique et la recherche de nouveaux inhibiteurs de l'assemblage du PG est un défi majeur en recherche médicale. Les PBPs (penicillin-binding proteins) qui catalysent la polymérisation et la réticulation du PG sont largement étudiées. Nos connaissances de la régulation de l'activité des PBPs restent néanmoins parcellaires à ce jour. Des travaux récents suggèrent que les PBPs pourraient être contrôlées positivement ou négativement par des régulateurs spécifiques. L'objectif majeur de ce projet est d'étudier ces régulateurs dans deux espèces bactériennes modèles : la bactérie pathogène Streptococcus pneumoniae et de la bactérie du sol Bacillus subtilis. Ces deux bactéries Gram-positives ont été choisies car elles différent de par leur forme cellulaire, leur comportement développemental et leur mode de vie. En effet, B. subtilis est une bactérie non pathogène en forme de bâtonnet et capable de sporuler alors que S. pneumoniae est un pathogène humain de forme ovoïde et non-sporulant. Il est donc extrêmement intéressant de déterminer si le mode d'action de ces régulateurs présents chez les deux bactéries est conservé ou, au contraire, si ces régulateurs fonctionnent différemment dans ces deux espèces. De plus, de nombreux outils génétiques sont disponibles chez ces deux modèles d’étude. Sachant que S. pneumoniae figure sur la liste des pathogènes prioritaires de l'OMS pour la recherche et le développement de nouveaux antibiotiques, nous analyserons également si ces régulateurs affectent la résistance bactérienne aux ß-lactames. En effet, la résistance à ces molécules est souvent associée à des mutations des gènes de PBPs. Nos résultats préliminaires suggèrent que plusieurs protéines, TseB, CozEa, CozEb, CozEc et MacP, régulent la fonction de plusieurs PBPs chez ces bactéries. Pour atteindre nos objectifs, nous concentrerons nos efforts sur trois axes. Dans un premier temps, nous caractériserons biochimiquement ces protéines régulatrices et nous établirons leur réseau d'interaction. Nous déterminerons ensuite de rôle physiologique de ces régulateurs et leur localisation spatio-temporelle. Enfin, nous analyserons leur impact sur la composition du PG ainsi que sur la sensibilité de souches résistantes aux ß-lactames. Ce projet implique 4 groupes de recherche possédant une expertise reconnue internationalement dans ces domaines d'études. Notre stratégie repose sur les compétences spécifiques de chaque partenaire et bénéficie de la forte synergie existant entre nos équipes. Nous allierons des approches allant de la génétique bactérienne, la biochimie à l'imagerie électronique et optique. D'un point de vue fondamental, ce projet contribuera à une meilleure compréhension des mécanismes d'assemblage de la paroi cellulaire bactérienne. D’un point de vue plus appliqué, nos résultats ouvriront des voies prometteuses vers la conception rationnelle de nouvelles drogues antibactériennes et de nouvelles stratégies pour combattre les bactéries multi-résistantes.

Grâce à leur capacité de survie au sein des macrophages, les mycobactéries pathogènes sont capables d’échapper au système immunitaire, établissant ainsi un processus infectieux. Pour résider dans le macrophage, les mycobactéries expriment divers facteurs de virulence, dont les lipides associés à leur enveloppe. Ces derniers jouent un rôle clé dans la modulation de la réponse immune. Nous avons récemment caractérisé plusieurs lipides spécifiques de Mycobacterium abscessus (Mabs) agissant comme facteurs majeurs de survie intracellulaire et de modulation de la réponse innée. Mabs est une espèce mycobactérienne émergente, à croissance rapide, responsable d’infections pulmonaires et extrapulmonaires. Des infections pulmonaires sévères sont associées à un déclin de la fonction pulmonaire chez les patients atteints de mucoviscidose. Mabs présente un morphotype lisse (S) ou rugueux (R) selon la présence (chez S) ou l’absence (chez R) de glycopeptidolipides (GPL) à la surface du bacille. Le variant S est reconnu comme la forme colonisante capable de produire des biofilms tandis que le variant R provoque une intense réponse inflammatoire et une exacerbation de la pathologie pulmonaire. S’ajoutant aux GPL, nous avons également caractérisé une nouvelle entité lipidique, le glucosyl diacyl-dihydroxy-nonadecane (GDND). Un mutant du transporteur probable de GDND, MmpL8MAB, n’établit plus le contact phagosome-cytosol et devient incapable de survivre dans différents modèles cellulaires et animaux. Nous avons aussi identifié un second locus génomique présentant des analogies avec le locus des GPL, codant vraisemblablement pour un lipide de type "GPL-like". La délétion d’un gène de synthèse de ce lipide conduit à une forte atténuation Mabs in vivo, chez la souris et le zebrafish. Ces résultats suggèrent que ces lipides complexes sont des immuno-modulateurs potentiels, conditionnant la physiopathologie et le devenir de l’infection par Mabs. Dès lors, Mabs représente donc un modèle particulièrement attrayant pour étendre nos connaissances sur la variabilité structurale du répertoire lipidique chez les mycobactéries pathogènes. La découverte et la caractérisation de nouveaux lipides permettront de mieux comprendre comment ils bénéficient à la mycobactérie en modulant les réponses innées et adaptatives de l’hôte et en contribuant à la virulence de Mabs, dont le processus infectieux est différent de celui causé par M. tuberculosis. SUNLIVE permettra 1) d’établir le lipidome de Mabs avec une attention particulière sur la détermination structurale des lipides majeurs de l’enveloppe; 2) de décrire le rôle de ces lipides complexes (en particulier le GDND, GPL, GPL-like) dans la physiopathologie mycobactérienne et l’immuno-modulation en étudiant leurs propriétés biologiques dans le macrophage, grâce à la production de mutants dans la synthèse et/ou le transport des lipides et/ou grâce à l’utilisation des lipides purifiés couplés à des billes; 3) d’évaluer le rôle de ces lipides, ou des mutants correspondants, dans la physiopathologie de Mabs grâce à différents modèles animaux complémentaires (zebrafish et souris “Kramnick”). Ce projet de 3 ans est étayé par de nombreuses données préliminaires originales, générées par les 4 partenaires. Il intègre une approche multidisciplinaire faisant appel à des techniques innovantes afin de caractériser de nouveaux déterminants de virulence de l’une des espèces mycobactériennes les plus résistantes aux antibiotiques. SUNLIVE apportera un éclairage nouveau quant à l’adaptation des mycobactéries environnementales devenant des pathogènes chez l’homme. Nous anticipons que l’identification d’une signature lipidique spécifique à Mabs ouvrira également la voie vers des stratégies novatrices, notamment dans le diagnostic et la prévention d’infections sévères, souvent fatales chez les patients atteints de mucoviscidose, en adéquation avec les objectifs de l’Axe 3.6 “Immunology, Infectiology and Inflammation”.

La réplication de nombreux virus se déroule dans des compartiments spécialisés, formés lors de l'infection, appelés usines virales. La nature physicochimique de ceux-ci et les bases moléculaires de leur morphogenèse et leur organisation sont mal comprises. De nombreux Mononegavirales (MNV) sont pathogènes pour l’homme (virus de la rage -RABV-, virus de la rougeole -MeV-, virus Ebola…). Ces virus ont un génome à ARN simple brin de polarité négative encapsidé par la nucléoprotéine (N) pour former la ribonucléoprotéine associée à l'ARN polymérase dépendante de l'ARN (L) et son cofacteur, la phosphoprotéine (P). Les usines du RABV sont les corps de Negri (CN), inclusions cytoplasmiques hébergeant la synthèse des ARN viraux (ARNm et ARN génomiques). Nous avons montré que les CN constituent une nouvelle catégorie d'organites liquides sans membrane. Les organites liquides sont formés par séparation de phase liquide (SPL), contribuent à la compartimentation cellulaire et sont impliqués dans un large éventail de processus. Les mécanismes de la SPL sont mal compris. La nature liquide des usines virales semble être partagée par d’autres MNV. C’est un changement de paradigme qui ouvre de nouveaux champs de recherche dans le domaine de la réplication des MNV et nous invite à revoir l'interaction entre usines virales et immunité innée cellulaire. Ce projet vise à caractériser la morphogenèse, l'organisation, la composition, la dynamique et les fonctions des usines virales des RABV et MeV. Il regroupe 3 équipes : une de virologues et de biochimistes spécialistes des rhabdovirus, une autre développant de nouvelles méthodes d’imagerie cellulaire sur les sources de rayonnement synchrotron et une troisième développant des approches de pointe en RMN et fluorescence pour étudier la dynamique et les interactions des protéines flexibles avec un focus sur la structure des virus à ARN négatif. Il a six objectifs : 1) Par microscopie à super-résolution et microscopie électronique à balayage à faisceau ionique focalisé, nous caractériserons l'organisation submicrométrique des CN et leur évolution durant le cycle viral. La structure des CN sera aussi étudiée par des méthodes utilisant les sources de rayonnement synchrotron (par exemple, la microscopie à rayons X à transmission par balayage ou le µ-SAXS couplé à une imagerie par corrélation). Nous déterminerons aussi les éléments structuraux des protéines virales requis pour la formation des CN. 2) En utilisant des systèmes reconstitués in vitro et une combinaison de techniques de fluorescence et de RMN, nous identifierons les principes physico-chimiques induisant la SPL et la formation de l’usine virale. 3) Comme la SPL enrichit les CN en facteurs spécifiques, nous caractériserons le protéome des CN par biotinylation de proximité suivie de l’identification des protéines par spectrométrie de masse. Nous identifierons également les ARN résidents des CN. 4) Nous caractériserons l'interaction entre CN et immunité innée cellulaire. En effet, la séquestration des ARN viraux dans les CN pose la question de leur accessibilité aux senseurs de l’infection tels RIG-I ou MDA5. Par ailleurs, les usines liquides constituent une signature d'infection virale et les cellules pourraient avoir développé un mécanisme permettant la détection de telles structures et/ou leur déstabilisation. 5) Les données expérimentales suggèrent que les CN pourraient également abriter la traduction des protéines virales. Nous étudierons où les ARNm viraux sont traduits dans les cellules infectées et s'ils utilisent un mécanisme non conventionnel d'initiation de la traduction pour échapper à l'inhibition de la traduction induite par l'immunité innée. 6) Enfin, les RNP doivent quitter l’usine virale pour former de nouveaux virions. Nous étudierons les bases moléculaires à l’origine de ces processus. Au-delà de la virologie et de l’immunité innée, ce projet aura un impact général sur notre compréhension de l’assemblage des organites liquides.

Les horloges circadiennes sont présentes dans l’ensemble du monde vivant et contrôlent de nombreux aspects de la physiologie et du comportement. Par exemple, une horloge circadienne cérébrale contrôle les rythmes veille-sommeil et reçoit les informations de lumière et de température pour adapter le comportement aux cycles jour-nuit. Les altérations de l’environnement jour-nuit (exemple : travail posté) provoquent des dérèglements du système circadien dont les effets délétères sur la santé sont profonds. Sur le plan moléculaire, l’oscillateur circadien repose sur une boucle de rétroaction transcriptionnelle négative. Les composants activateurs et répresseurs de la boucle sont précisément régulés en termes de niveaux et d’activité pour obtenir un cycle de 24h. Chez la drosophile, les facteurs de transcription Clock et Cycle activent le soir l’expression des gènes codant pour les répresseurs Period et Timeless dont la lente accumulation nocturne aboutit à une phase de répression transcriptionnelle en fin de nuit. La régulation temporelle de l’accumulation des répresseurs est un élément clé de l’oscillateur circadien et repose sur le contrôle de l’activation transcriptionnelle ainsi que sur une multitude de contrôles post-traductionnels affectant Per et Tim. La contribution des contrôles post-transcriptionnels à cette accumulation et à son adaptation aux cycles jour-nuit est très peu connue. Le projet PostClock vise à combler cette lacune en caractérisant de nouveaux mécanismes post-transcriptionnels dans l’horloge cérébrale qui contrôle les rythmes comportementaux de la Drosophile. Il associe deux partenaires à l’expertise très complémentaire, neurogénétique des rythmes circadiens et épitranscriptomique. Notre programme de recherche a pour but de comprendre comment différents types de mécanismes post-transcriptionnels (contrôle de la polyadénylation de l’ARNm, méthylation de l'ARNm) contribuent aux oscillations d'ARNm et de protéines dans l’horloge et interagissent avec les mécanismes de transcription. Sur la base de nos travaux récents, le premier objectif du projet sera de comprendre les mécanismes de régulation de la polyadénylation de l'ARNm tim qui jouent un rôle important dans l’établissement des oscillations de la protéine (objectif 1). Nous chercherons ensuite à comprendre le contrôle de la polyadénylation de l’ARNm tim par Per, une découverte inattendue qui met en évidence une nouvelle fonction de ce répresseur transcriptionnel, que nous étudierons également au travers de l’analyse de la méthylation de l’ARNm tim (objectif 2). Enfin, nous proposons d’analyser le rôle des modifications des ARNm (en particulier méthylation m6A) à l’échelle du transcriptome et d’étudier leurs effets sur le contrôle des oscillations circadiennes des protéines ainsi que sur les rythmes comportementaux (objectif 3).

La grande variabilité de la proportion et de l’efficacité de la remyélinisation observée chez les patients atteints de sclérose en plaques (SEP), détermine la progression du handicap. Il a également été récemment montré que le degré d’activation des cellules immunitaires, mesurée par tomographie par émission de positron (TEP), influençait fortement la progression de la maladie. Si l’inflammation est responsable de la destruction de la myéline et de la dégénérescence axonale, entrainant les symptômes les plus sévères de la SEP, elle est aussi indispensable à la remyélinisation. Il est donc crucial d’identifier les contextes inflammatoires propice à une réparation ou conduisant à une lésion chronique. Notre principal objectif est de définir précisément le contexte inflammatoire permettant une remyélinisation efficace chez les patients atteints de SEP. Nous déterminerons le profil individuel de remyélinisation par TEP-IRM (imagerie par résonnance magnétique)18F-Florbetaben, ainsi que le degré d’activation des cellules immunitaires par 18F-DPA-714 TEP. Nous inclurons 20 patients avec une SEP rémittentes et 20 avec une forme progressive. Un groupe de contrôles sains (20 appariés en âge et en sexe) sera comparé aux groupes patients afin d’établir des seuils de remyélinisation et d’activation immunitaire pour chaque voxel cérébral. Cette phase du projet permettra pour la première fois d’étudier in vivo la relation entre la capacité individuelle de remyélinisation et la neuroinflammation. En parallèle, un profilage très précis des lymphocytes de chaque patient permettra de définir le sous-type lymphocytaire associé à l’efficacité de la réparation myélinique. Par la suite, grâce à un modèle murin humanisé de lésion de SEP, nous évaluerons l’influence des lymphocytes de patients sur la remyélinisation ou le développement de lésion chronique. Ensuite dans une étude in vitro, nous identifierons précisément les acteurs moléculaires et cellulaires qui agissent dur l’état d’activation des cellules microgliales et sur la différenciation des précurseurs d’oligodendrocytes. Ces résultats analysés par une stratégie bio-informatique intégrative puissante permettront d’identifier la population lymphocytaire associée à un échec de la réparation. De nouveaux biomarqueurs potentiels, prédisant une faible capacité de rémyélinisation et une aggravation du handicap pourront alors être identifiés, ouvrant de nouvelles perspective de stratégies réparatrices. Le projet « SMART in MS » est organisé comme une plateforme translationnelle, basée sur 4 axes majeurs de recherche répondant à 4 principaux objectifs : - Définition de profils individuels d’inflammation et de capacité de remyélinisation de patients SEP en phase rémittente ou progressive. - Profils haute résolution des lymphocytes de patients SEP associés à l’efficacité de remyélinisation - Tests « in vivo » et « in vitro » de l’influence des lymphocytes (population totale et sous-types de lymphocytes) de patients SEP sur le mécanisme de réparation myélinique - Analyse multivariée complexe intégrée pour identifier les acteurs moléculaires et cellulaires impliqués dans l‘efficacité de la remyélinisation La force du projet SMART in MS repose sur un continuum de recherche unique entre cliniciens, experts en neuroimagerie, statisticiens, immunologistes et neurobiologistes. Combinant les expertises, le projet s’inscrit dans une recherche translationnelle, avec pour objectif d’identifier et valider pharmacologiquement des profils immunitaires spécifiques à cibler pour stopper l’attaque tout en maintenant un niveau inflammatoire contrôlé, propice à la réparation endogène de la myéline. Les résultats obtenus pourraient déboucher sur le dépôt de brevets, de nouvelles générations de thérapies visant une meilleure prise en charge de la SEP et des autres maladies démyèlinisantes à composante immunologique.

Les petites GTPases de la famille Rho, leurs régulateurs et leurs effecteurs assemblent des plates-formes moléculaires à la surface de membranes, qui contrôlent de multiples voies de signalisation. Ces plates-formes de signalisation interviennent dans de nombreuses fonctions et processus physiologiques de la cellule, tels que la régulation du cytosquelette, l'adhésion, la migration ou le cycle cellulaire. À l'instar de ces fonctions majeures, leurs dérégulations peuvent être à l'origine de pathologies humaines telles que des cancers ou des anomalies du développement. Cependant, la façon dont les défauts moléculaires dans les voies Rho résultent en des symptômes cliniques est extrêmement complexe et reste mal comprise. Dans ce projet, nous avons identifié des patients présentant des mutations faux-sens des petites GTPases CDC42 et RHOA, ainsi que de régulateurs en amont (le facteur d’échange DOCK1, qui stimule leur activation par l’échange GDP / GTP, et Galpha13, une sous-unité d’une protéine G hétérotrimérique qui recrute un Rho GEF), qui entraînent toutes une gamme de maladies cutanées invalidantes, souvent accompagnées de symptômes inflammatoires. Ces maladies rares de la peau offrent une opportunité unique de comprendre le fonctionnement des circuits moléculaires de Rho GTPases depuis la molécule jusqu’au malade. Dans ce but, ce projet regroupe quatre laboratoires représentant une gamme inhabituelle d'expertises complémentaires, comprenant la biochimie et la biologie structurale, la biologie cellulaire, la génétique et la médecine. Ce consortium étudiera le paysage mutationnel des voies Rho dans une cohorte unique de patients présentant des troubles cutanés, identifiera les défauts biochimiques et cellulaires associés aux mutations et enfin déterminera l'impact des mutations sur les voies de signalisation régulées par les Rho GTPases dans les cellules et dans un modèle génétique in vivo. Le projet devrait donc avoir un impact sur la recherche fondamentale et translationnelle de plusieurs manières. Grâce à son approche multi-échelles, il devrait offrir une compréhension sans précédent des fonctions des Rho GTPases et de leur dialogue avec les principales voies de signalisation. De ce fait, il devrait avoir un impact important sur la vaste communauté de chercheurs travaillant dans la biologie des petites GTPases. D’autre part, il devrait fournir des protocoles expérimentaux intégrés pour déchiffrer les défauts moléculaires chez les patients atteints de maladies causées par des mutations des GTPases. Ces maladies sont de plus en plus reconnues, comme en témoignent les résultats de la cohorte MUSTARD du centre de référence pour les dermatoses mosaïques à Dijon, qui représentent un modèle médical unique de maladies rares. Enfin, il devrait permettre de concevoir de nouveaux traitements médicamenteux ciblés pour ces patients, et éventuellement pour des maladies auto-inflammatoires plus courantes, visant directement leurs défauts fonctionnels et moléculaires. Nos résultats préliminaires suggèrent qu’une telle approche pourrait inclure la réutilisation de médicaments déjà approuvés sur le marché.

La maladie rénale chronique (MRC) affecte 10 à 15% des adultes et est associée à un risque élevé de progression vers l’insuffisance rénale terminale, de maladie cardiovasculaire et de mortalité. Peu de traitements sont disponibles pour ralentir la progression de la MRC et réduire ses complications. L'intérêt pour la composition du microbiote intestinal dans la MRC a surgi en raison de son rôle dans la production des toxines urémiques. La fermentation des protéines alimentaires par le microbiote intestinal conduit à la production de déchets métaboliques, appelés toxines urémiques, normalement éliminées par les reins. Ces toxines favorisent la progression de la MRC, l’insulino-résistance et l’inflammation. Cependant, les relations entre les caractéristiques du microbiote intestinal, la production de toxines urémiques et la progression de la MRC n’ont jamais été explorées prospectivement chez l’homme. L’objectif général du projet CKD_Microbiome est d’étudier le rôle et les mécanismes de la toxicité liée au microbiote intestinal dans la progression de la MRC et l’impact potentiel du régime alimentaire sur cette relation. Il inclut un volet observationnel et un volet expérimental. Le volet observationnel du projet est une étude ancillaire de la cohorte CKD-REIN, qui a inclus 3033 patients adultes avec une MRC stades 3-5 (débit de filtration glomérulaire estimé [DFGe] < 60 mL/min/1.73m²) dans 40 consultations de néphrologie représentatives nationalement entre 01/2014 et 03/2016. Le suivi des patients est en cours et durera 5 ans, avec un recueil annuel de données cliniques et biologiques. L’étude CKD_Microbiome est basée sur un sous-échantillon de 240 patients avec un recueil simultané d’échantillons de sang et de selles, deux fois à 3 ans d'intervalle - aux suivis à 2 ans et 5 ans - ainsi que de données sur l’alimentation. Des protocoles standardisés seront utilisés pour extraire et séquencer l’ADN à partir des échantillons de selles, et déterminer la présence et l’abondance de chaque espèce microbienne et leur fonctionnalité pour tous les échantillons. En parallèle, les toxines urémiques liées et non liées aux protéines seront mesurées dans le sang. Grâce à ces échantillons uniques, nous pourrons étudier les relations transversales et longitudinales entre la composition et les fonctionnalités du microbiote et le niveau de fonction rénale et la vitesse de son déclin sur 3 ans, pour tester l’hypothèse (objectif primaire) selon laquelle le microbiote intestinal aggrave la progression de la MRC par la production de précurseurs des toxines urémiques. Ce volet observationnel évaluera également l’effet modulateur potentiel des profils alimentaires sur ces relations (objectif secondaire). Dans le volet expérimental du projet, nous explorerons la causalité de la relation entre les espèces microbiennes identifiées et la production de toxines urémiques en étudiant l’impact de la transplantation de microbiote fécal de patients avec des niveaux élevés vs bas de toxines urémiques chez des souris traitées sur leur production de toxines urémiques. Le consortium CKD_Microbiome réunit 5 équipes complémentaires apportant les expertises en métagénomique et bioinformatique (SD Ehrlich, INRA), analyse des toxines urémiques (JC Alvarez, ZA Massy, UVSQ), épidémiologie et biostatistique (B Stengel, INSERM U1018, S Wagner, CIC, SD Ehrlich, INRA U1367), nutrition (S Wagner, CIC, D Fouque, INSERM U1060), néphrologie et recherche expérimentale (L Koppe, D Fouque, INSERM U1060), ainsi que les capacités opérationnelles nécessaires pour mener à bien ce projet. Le projet CKD_Microbiome ouvrira de nouvelles pistes conceptuelles et mécanistiques, basées sur les tests du microbiome ‘toxique’ développés chez l’animal, et améliorera la compréhension de la toxité du microbiote dans la MRC. Il permettra d'identifier de nouveaux biomarqueurs de progression de la MRC et de concevoir des interventions visant à modifier le microbiote pour diminuer sa toxicité.

Les traumatismes représentent l’un des tous premiers facteurs de risque d’arthrose. La réparation des lésions ostéochondrales tôt après le traumatisme pourrait ainsi éviter ou retarder l’apparition de l’arthrose. Malheureusement, il existe un manque flagrant de solutions pour cette réparation. Le projet ARTiTHERA porte sur la mise en œuvre et l'évaluation d'une stratégie thérapeutique préventive innovante, basée sur une construction adaptable associant des pansements thérapeutiques et des cellules souches dérivées de la moelle osseuse. Le projet impliquera l'optimisation technologique, l'évaluation in vivo dans un modèle de rat arthrosique, la finalisation des études précliniques déjà validées et l'évaluation de la tolérance clinique de phase 1 par arthroscopie chez des patients souffrant d'une lésion traumatique du genou. Le kit ARTiTHERA prêt à l'emploi fournira deux pansements (os, cartilage), à utiliser selon le besoin. Par son action de pansement, ARTiTHERA va stabiliser la région lésée, permettant une réduction de l'inconfort, de la douleur et potentiellement du risque de développement de l'arthrose.

L’épilepsie touche environ 70 Ms de personnes dans le monde. Bien qu’efficaces, les anti-épileptiques (AED) ne guérissent pas de la maladie et leurs effets indésirables sont fréquents. Les enfants sont particulièrement touchés et ~25% ne répondent pas aux AED. Dans ces «cerveaux en développement», l’échec thérapeutique ainsi que la toxicité des médicaments peuvent avoir des conséquences désastreuses. Le projet TrilliAED a pour objectif d’étudier l’impact des milliards de bactéries du microbiome intestinal sur la réponse aux AED chez l’enfant. Les variations du microbiote en lien avec la réponse aux AED seront explorées dans une cohorte pédiatrique. Puis, la capacité des bactéries d'intérêt à métaboliser ces médicaments sera évaluée in vitro, tout comme la toxicité des produits issus de ces dégradations. Enfin, l’intérêt de traitements d’appoint utilisant les bactéries et/ou leurs métabolites sera étudié dans des modèles animaux d’épilepsie. A terme, être en mesure de mieux traiter les enfants épileptiques, de diminuer le nombre de crises ou de réduire les effets secondaires associés aux traitements constituent un enjeu majeur, à la fois scientifique, médical et de société.

Le virus respiratoire syncytial (VRS) est le principal agent responsable de bronchiolites, une cause majeure d’hospitalisations et de décès par infection virale chez les nouveau-nés dans le monde. Aucun vaccin n’a pu être mis au point. Seuls deux produits antiviraux sont disponibles, mais ne sont administrés que dans des cas extrêmes en raison de leurs faibles rapports bénéfice/risque ou bénéfice/coût. Dans ce contexte il est nécessaire de développer de nouveaux traitements, plus efficaces et moins onéreux. Le développement de thérapies antivirales pour le VRS repose aujourd’hui soit sur l’inhibition de l’entrée du virus dans la cellule, soit sur l’inhibition de la polymérase virale dans le cytoplasme de cellules infectées. Les deux stratégies ont abouti à quelques molécules/anticorps en test clinique de phase 2. Mais ces composés comportent tous des points faibles, entre autre des résistances croisées, ce qui appelle à trouver des solutions alternatives et complémentaires. Nous proposons ici d'exploiter une voie pour l’instant peu explorée, visant à inhiber non pas l’activité catalytique de la polymérase virale, mais l’étape qui précède la synthèse d’ARN viral, à savoir la reconnaissance du matériel génomique viral par la polymérase. Cette reconnaissance est médiée par une interaction directe entre deux protéines virales : la nucléoprotéine (N) et la phosphoprotéine (P). Cette interaction est essentielle à la réplication du virus. Elle n'a pas d’équivalent cellulaire et constitue donc une cible pour la conception de nouveaux médicaments. Nous avons précédemment caractérisé les déterminants structuraux de la fixation de P sur N, notamment par cristallographie. Par criblage virtuel nous avons trouvé des molécules mimant les 2 résidus C-terminaux de P, qui se lient dans une poche hydrophobe sur N et inhibent l'interaction P-N in vitro. Une de ces molécules (M76) a une affinité pour N comparable à celle de P. M76 a montré un effet antiviral in cellula, mais avec une approche pro-drogue. Récemment nous avons amorcé une étude de relation structure-activité (RSA) avec des variants de M76. Les résultats confirment le potentiel de ces variants pour inhiber la réplication du VRS. Mais il est nécessaire d'optimiser leurs propriétés en termes de perméabilité membranaire, d’activité antivirale et d’innocuité. Nous proposons des stratégies complémentaires pour explorer l'espace chimique de ligands de N : 1) pharmacomodulation de M76 sur la base de nos résultats récents, 2) approche peptidomimétique, 3) exploration de novo de N en tant que cible. Pour cela nous combinerons étroitement synthèse chimique et conception in silico. Des criblages expérimentaux de ces molécules/peptidomimétiques seront effectués par anisotropie de fluorescence (FA) afin de sélectionner des composés compétiteurs de P, avec une bonne affinité pour N. Un test antiviral en culture cellulaire avec un virus recombinant fluorescent développé dans le consortium sera utilisé de manière systématique pour évaluer leur activité après élimination des composés cytotoxiques. Des informations structurales à résolution atomique seront apportées par RMN et par cristallographie pour les meilleurs candidats. Elles serviront à amorcer de nouveaux cycles de RSA. Un minigénome VRS permettra de valider la cible en cellule. Les meilleurs composés seront alors testés sur des modèles de souris infectées avec un virus recombinant luminescent. L'innocuité des composés sera estimée par analyse histopathologique sur des souris traitées. Notre consortium a une expérience unique dans l’étude du complexe polymérase du VRS. Il réunit toutes les compétences complémentaires en chemo-bio-informatique, chimie thérapeutique, biologie structurale et virologie et des outils de pointe nécessaires pour une étude préclinique complète et faire émerger une molécule phare, antivirale spécifique du VRS en s’appuyant sur une cible thérapeutique originale.

Les leishmanioses cutanées sont des infections traitées actuellement en première intention par les dérivés de l’antimoine administrés par voie intralésionnelle douloureuse. Il y a un besoin de développer des formulations topiques plus confortables pour le patient mais efficaces pour délivrer des molécules actives jusqu’au derme. Les solvants eutectiques profonds (DES) sont des mélanges entre deux solides qui restent liquides à température ambiante grâce à la formation d’un réseau de liaisons hydrogène. Ces systèmes ont récemment démontré leur capacité à améliorer la solubilité et la pénétration cutanée de molécules lipophiles ou de haut poids moléculaire. Leur préparation simple et peu coûteuse permettrait le développement de traitements accessibles pour les populations des zones endémiques pour cette maladie (des pays en voie de développement). Ainsi, nous nous proposons de développer un nouveau traitement topique de la leishmaniose cutanée simple, efficace et peu couteux.

Les virus et les vésicules membranaires produites par les bactéries et l’épithélium constituent une fraction importante mais négligée du microbiote intestinal. Plusieurs études indiquent que la composition en virus du microbiote intestinal est modifiée chez les patients atteints de Maladies Inflammatoires Chroniques de l'intestin (MICI), maladie de Crohn et recto-colite hémorragique, qui concernent plus de 200 000 malades en France. Par ailleurs, l’importance des vésicules membranaires commence tout juste à être appréhendée, avec la découverte de leur rôle dans la médiation des effets anti-inflammatoire de certaines bactéries par exemple. Dans l’ensemble, il existe de nombreuses indications que la fraction "nanométrique" du microbiote intestinal, ie les virus et les vésicules, est liée à l’état de santé des individus. Le but de ce projet est d’identifier les spécificités de cette nano fraction du microbiote intestinal chez des patients atteints de la maladie de Crohn, et ce dans un double objectif de diagnostic et de compréhension de la maladie. Ces objectifs nécessitent le développement de nouvelles approches expérimentales. En effet, si nos connaissances sur les virus du microbiote intestinal sont bien moindre que celles sur la fraction bactérienne de cet écosystème, c’est en partie en raison de difficultés techniques, liées à la fois à leur très petite taille et à leur très grande diversité génétique. Leur petite taille rend leur numération et caractérisation globale très difficile, tandis que la diversité génétique complique grandement leur description et classification par le séquençage haut-débit. Dans ce projet, nous souhaitons développer deux approches nouvelles et complémentaires pour décrire la fraction nanométrique du microbiote intestinal de patients atteints de la maladie de Crohn et de sujets sains. La première approche utilise un nouveau dispositif optique, breveté par les partenaires 2 et 4, et a la potentialité de donner la distribution de taille et de densité de toutes les particules de plus de 25 nm de diamètre, soit la très grande majorité des virus et des vésicules présents dans le microbiote intestinal. Ce dispositif optique devrait nous permettre d’obtenir une signature optique de la maladie de Crohn, qui sera la base d’un nouvel outil de diagnostic très rapide. En effet, par rapports aux autres techniques existantes de dénombrement et caractérisation des virus, ce dispositif a une très grande facilité d’utilisation et ne nécessite pas de purifier les particules avant leur observation. Le développement du dispositif optique en vue de sa commercialisation sera également poursuivi en parallèle. Cette approche devrait permettre de différentier les malades des individus sains, mais elle ne donnera que très peu d’informations concernant les mécanismes en jeu. Pour élucider le rôle des virus et vésicules dans la maladie, nous allons utiliser de nouvelles approches en métagénomiques (méta3C et méthode de coabondance, développée dans l’unité du partenaire INRA de cette proposition), qui devraient nous permettre d’identifier les hôtes des virus, et donc de comprendre leur impact dans le déroulement de la maladie. Les vésicules seront analysées par spectroscopie Raman, qui permet, par l’identification des lipides qui constituent les membranes, d’identifier les cellules productrices, eucaryotes ou bactériennes. Nous espérons que ces résultats, en révélant les mécanismes en jeu, ouvriront la voie à de nouvelles stratégies de traitement de la maladie.

Dans les pays occidentaux, environ 3 % des naissances sont issues de techniques de procréation assistée, la plupart d'entre elles impliquant la culture in vitro des embryons. Il a récemment été démontré que le stress oxydatif, lié aux espèces d'oxygène réactif (ROS) et d'azote réactif (RNS) dans le milieu de culture, est un facteur majeur influençant le taux de réussite de ces biotechnologies embryonnaires. Cela affectera la santé future des individus nés de ces biotechnologies. Dans ce contexte, le projet EmbryoElecSense vise à développer des microdispositifs multiparamétriques innovants pour suivre en temps réel, in situ et sans marquage, le stress oxydatif lors du développement embryonnaire in vitro pendant la période préimplantatoire (4 jours), au niveau d’une population d’embryons puis à l’échelle d'un embryon unique. Les défis en termes de détection sont liés (i) aux faibles niveaux de ROS et de RNS attendus, mais aussi à leur durée de vie relativement courte et (ii) à la détection simultanée de ces espèces réactives. À cette fin, des dispositifs spécifiques seront conçus, en incorporant plusieurs microélectrodes dans le fond des puits de culture, pour la surveillance électrochimique simultanée des ROS et des RNS. Une telle approche non invasive apportera une grande sélectivité et des résolutions temporelles et spatiales élevées. Le suivi sera effectué in situ pendant la période de développement de l'embryon avant son implantation dans l'incubateur. Le projet se compose de quatre tâches pour atteindre les objectifs fixés. La première tâche consistera à évaluer le niveau de stress oxydatif intracellulaire grâce à des mesures de fluorescence et à l'expression génique à chaque étape du développement de l’embryo. La deuxième tâche sera liée à la préparation des nouveaux dispositifs pour le suivi en temps réel, in situ et simultanée, de la population embryonnaire et d'un embryon unique, pour ROS et RNS. Les dispositifs seront caractérisés à chaque étape et les performances évaluées dans des conditions imitant celles utilisées lors du développement embryonnaire en incubateur. Ensuite, la troisième tâche se concentrera sur les mesures extracellulaires des ROS et des RNS dans des conditions de confinement, en utilisant les dispositifs nouvellement conçus. Les résultats des mesures extracellulaire seront comparés aux mesures intracellulaires par fluorescence effectués dans la première tâche. Enfin, dans la dernière tâche, la méthodologie sera transposée à l'étude du stress oxydatif au niveau d'un seul embryon, grâce à des microdispositifs de nouvelle génération. Ce projet permettra d'établir des corrélations potentielles entre les productions intra et extracellulaire de ROS et de RNS au cours du développement embryonnaire. Une telle comparaison permettra une analyse approfondie de la cinétique du stress oxydatif en intra et en extracellulaire. En outre, il fournira également des informations quantitatives sur les niveaux de ROS et de RNS au cours des différents stades du développement de l’embryon. Enfin, une corrélation potentielle entre la production intra et extra cellulaire des ROS et RNS, indicateur du statut redox des embryons, sera analysée. Les technologies proposées devraient donc fournir un outil de suivi non invasif du développement de l'embryon pendant sa culture in vitro. Le consortium scientifique proposé d'EmbryoElecSense est composé de trois groupes de recherche complémentaires et travaillant activement sur le développement embryonnaire, l'ingénierie des microélectrodes en espace confiné et la micro-électroanalyse in vivo et vitro. Les nouveaux outils technologiques proposés ouvriront sans aucun doute la voie à l'optimisation des milieux de culture des embryons pour les biotechnologies de procréation assistée et, à long terme, à la compréhension des variations interindividuelles de la résistance des embryons au stress oxydatif induit par leur culture in vitro.

L’objectif principal du projet PHOENIX est de développer une méthode sensible, spécifique et non-invasive permettant la mesure et le suivi du pH extracellulaire dans les organismes vivants. Nous concevrons, préparerons et utiliserons de nouvelles sondes sensibles au pH dont le principe est basé sur la détection RMN/IRM du xénon-129 (129Xe) hyperpolarisé. Ce projet combine recherche fondamentale (synthèse des bio-sondes et chimie quantique incluant des effets relativistes pour la prédiction du déplacement chimique du xénon encapsulé) et des applications novatrices dans le domaine biomédical. Trois équipes complémentaires sont impliquées dans ce projet de trois ans et elles réaliseront l’ensemble des tâches décrites dans PHOENIX. Ce consortium est composé de chimistes organiciens, lesquels réaliseront la synthèse des biosondes, de physico-chimistes dont la fonction sera de produire le 129Xe hyperpolarisé et d ‘étudier, en collaboration avec les biologistes, les biosondes in vitro et in vivo par RMN et IRM. Des calculs DFT prenant en compte les effets relativistes seront un outil précieux pour prévoir le comportement du xénon à l’intérieur de ces molécules cages, permettant ainsi une optimisation des biosondes. L’implication dans ce projet de biologistes possédant une grande expérience des modèles animaux et de l’homéostasie de l’état acide-base est un atout précieux pour le développement et le succès de PHOENIX. Le pH extracellulaire dépend du flux net d’acide et de base entrant et sortant du liquide extracellulaire ; sa valeur apporte des informations précieuses sur le métabolisme des organismes vivants. D’autre part, l’état acide-base joue un rôle important dans le maintien et le contrôle des fonctions des cellules et organes, d’où les conséquences sévères des acidoses innées ou acquises. De récentes données mettent en avant un rôle prédominant de l’acidose locale dans la progression des cancers via une stimulation de l’autophagie et de l’immunodépression. Une mesure locale, non-invasive, du pH serait très précieuse pour évaluer le caractère agressif des tumeurs à un stade précoce de leur développement et pour suivre les effets des traitements. L’imagerie de résonance magnétique est un outil de diagnostic puissant utilisé par les cliniciens pour cartographier les tissus avec une résolution de quelques mm. Différentes approches RMN, utilisant des espèces endogènes ou exogènes, existent mais elles sont limitées par leur faible sensibilité. De nouveaux traceurs capables de mesurer le pH extracellulaire in vivo avec précision restent donc à découvrir. Avec PHOENIX, nous présentons une approche innovante, simple à mettre en œuvre, sensible et dénuée de la plupart des biais que l’on peut rencontrer in vivo. Son principe réside dans une mesure différentielle du pH en utilisant l’IRM du 129Xe hyperpolarisé. Le xénon est un élément d’un grand intérêt pour des applications IRM car il peut être utilisé comme un traceur exogène non toxique et il peut rapidement être introduit et éliminé du corps. La méthode proposée permettra la détection locale du pH en utilisant un couple de molécules hôtes du xénon dans lesquelles la fréquence du xénon varie de manière opposée avec la concentration en ions H+. Ce concept a déjà été validé in vitro et récemment publié. PHOENIX est par conséquent un projet original, innovant, ambitieux, avec un grand potentiel. Ce projet a plusieurs atouts. L’un des plus importants qui le distingue des autres techniques RMN/IRM utilisant des espèces hyperpolarisées, réside dans sa facilité de mise en œuvre. Ainsi dans le cas où les sondes à pH vérifieraient les conditions requises, de faibles quantités de celles-ci pourront être introduites en une seule fois. Ensuite, le xénon pourra être administré à volonté autant de fois que nécessaire. Ainsi, avec PHOENIX un suivi temporel du pH in vivo est possible. Ceci représente aussi un atout important pour une extension du projet vers les études en médecine humaine.

Du fait du changement climatique, le stress thermique est en passe de devenir une source majeure de perte de rendement en Europe. Il est donc urgent de décrypter les mécanismes impliqués dans la réponse à la chaleur afin de produire de nouvelles variétés mieux adaptées. Plusieurs études se sont intéressées à la réponse à la chaleur mais peu ont porté sur le rôle de la dynamique chromatinienne dans ces processus chez les plantes cultivées. Dans ce contexte, le projet 3DWheat vise à caractériser les modifications du transcriptome, de l'épigénome et de la structure 3D de la chromatine chez le blé afin de caractériser les modifications de l’architecture chromatinienne associées aux changements de l'expression des gènes au cours de la réponse au stress thermique. Pour aller au-delà de la simple description de la réponse au stress thermique, nous proposons d'étudier les mécanismes moléculaires contrôlant l'état bivalent de la chromatine observé sur les gènes répondant à la chaleur.

L’étude de la divergence adaptative est essentielle pour comprendre l’adaptation des organismes à leur environnement et l’émergence de la biodiversité. La domestication est un bon modèle d’étude car elle correspond à une sélection forte et récente sur des caractères connus. Les champignons filamenteux domestiqués utilisés pour la production de produits fermentés ont été rarement étudiés alors qu’ils constituent d’excellents modèles eucaryotes, présentant des adaptations répétées et récentes aux mêmes milieux. Le projet Fungadapt a pour objectif d’élucider l’histoire de la domestication, les mécanismes génomiques d’adaptation, et leur convergence, chez des Penicillium emblématiques utilisés pour la production de fromages et charcuteries. Des approches de phénotypage haut-débit, de génomique des populations, de cartographie QTL et de validation fonctionnelle seront utilisées.