1 Avant Propos Les cholinestérases sont des sérines hydrolases spécialisées dans l'hydrolyse des esters de choline, en particulier, le neurotransmetteur acétylcholine. Le rôle principal de l’acétylcholinestérase humaine (hAChE) est la terminaison de la transmission de l'impulsion nerveuse au niveau des synapses cholinergiques par hydrolyse de l'acétylcholine en acide acétique et choline. Les cholinestérases sont fascinantes par leur efficacité catalytique (108- 109 M-1.min-1) et par la subtilité des mécanismes catalytiques et changements conformationnels associés. Malgré des décennies de recherches, bien des aspects de leur fonctionnement restent incompris. Elles constituent un sujet d'étude riche, sans cesse renouvelé par la diversité des approches nécessaires à la compréhension de leurs différentes facettes. Dès ma thèse, mes activités de recherche ont été centrées sur l'étude des relations structure-activité des cholinestérases et plus particulièrement de la butyrylcholinestérase humaine (hBChE). La hBChE est une enzyme très proche de l'hAChE (52% d'identité), mais diffère nettement par sa spécificité de substrat et sa sensibilité aux inhibiteurs. Elle est abondamment présente dans le plasma et dans de nombreux tissus chez les vertébrés. Mais contrairement à l'AChE, aucun rôle cholinergique ni aucun autre rôle physiologique n'a pu lui être attribué. C'est d'ailleurs une enzyme qui n'est pas vitale comme le démontre la viabilité des individus nullizygotes. Elle peut éventuellement jouer le rôle de suppléant de la hAChE en cas de déficience de cette dernière. Cependant l'importance de la hBChE est capitale d'un point de vue toxicologique et pharmacologique car elle est impliquée dans la dégradation de nombreux principes actifs, poisons ou médicaments, par exemple la cocaïne, la succinylcholine. En raison de sa fonction essentielle dans le système nerveux, la hAChE est la cible d'un vaste répertoire de médicaments et de poisons, naturels ou synthétiques, notamment des composés organophosphorés (OP) comme les pesticides ou encore les agents neurotoxiques de guerre. L'emploi d'OP a, par le passé, entrainé des dommages importants, tant lors de conflits militaires comme dans la guerre Iran-Irak (1980-1988) ou la guerre du Golfe (1991) que dans les milieux civils comme l’attentat dans le métro de Tokyo (1995). L'usage de sarin en août 2013 dans le conflit syrien a rappelé que dans le contexte militaire et politique actuel, les armes chimiques de guerre restent une menace concrète et sérieuse, et ce malgré la Convention d’Interdiction des Armes chimiques signée en 1993 et ratifiée par 181 états. 2 Parallèlement, le contexte socio-économique tend vers une accélération des moyens de production, notamment dans le domaine agricole. L’utilisation de pesticides organophosphorés, bien que réglementée, provoque des intoxications accidentelles non négligeables. Surtout, l'ingestion de pesticides est le premier moyen de suicide dans le monde, en particulier en Asie rurale (Hvistendahl 2013), et représente 1/3 des suicides annuels pour plus de 200 000 décès (Eddleston 2008). Comme la hAChE, la hBChE est inhibée par les carbamates et les OPs sans toutefois de symptômes associées. C'est un excellent bioépurateur des OPs, une forme injectable de hBChE étant en cours de développement pour la protection contre l'intoxication par les OPs. Les moyens thérapeutiques actuels étant assez peu efficaces, leur développement reste une priorité et passe par la connaissance détaillée des mécanismes d'inhibition et de résistance aux traitements. C'est dans ce contexte que j'ai développé mes travaux de recherche depuis ma soutenance de thèse en 1999. Je commencerai ce mémoire par une introduction non exhaustive sur la structure générale des cholinestérases, l'inhibition par les pesticides et neurotoxiques organophosphorés et les contre-mesures médicales des armes chimiques. Dans une seconde partie, je présenterai le cheminement ayant conduit à la résolution de la structure de la butyrylcholinestérase humaine et les principaux enseignements obtenus. Puis je montrerai l'apport des structures de cholinestérases phosphylées sur la connaissance détaillée des mécanismes d'inhibition et de vieillissement. Et enfin je présenterai mes travaux actuels et leurs perspectives sur le développement de nouvelles contremesures des toxiques de guerre organophopshorés.