L’uranium est un radionucléide naturellement présent dans la croûte terrestre. Il est principalement redistribué dans l’environnement par les activités anthropiques comme l’extraction de l’uranium ou de phosphate, l’industrie nucléaire, les activités militaires ou encore la fertilisation des sols. L’uranium peut localement s’accumuler à des concentrations pouvant entraîner des risques potentiels pour les écosystèmes, agrosystèmes, et la santé humaine. En effet, ce radionucléide présente des risques chimiotoxiques et radiotoxiques pour tous les êtres vivants. Même si l’uranium n’est pas essentiel pour les plantes, il est prélevé dans le sol par celles-ci, incorporé dans la biomasse et, à terme, entre dans la chaîne alimentaire représentant un risque sanitaire pour les êtres vivants. Le but de mon projet de thèse est d’approfondir les connaissances des mécanismes moléculaires gouvernant le devenir de l’uranium dans la plante. Ce projet se décompose en deux volets : un premier ayant pour objectif l’identification de transporteurs d’uranium et un second l’identification des cibles cellulaires protéiques de l’uranium dans la plante. Dans le premier volet, j’ai utilisé la levure Saccharomyces cerevisiae comme organisme eucaryote modèle permettant de nous affranchir des contraintes intrinsèques à l’étude de la plante. La grande conservation du patrimoine génétique entre ces deux organismes rend cet organisme modèle particulièrement pertinent pour l’identification de transporteurs métalliques. J’ai identifié, pour la première fois, un transporteur responsable de l’entrée d’uranium dans une cellule vivante. Ainsi, après avoir mis en évidence et caractérisé un transport d’uranium dépendant du métabolisme chez la levure, des expériences de compétition métallique avec des métaux essentiels m’ont permis d’identifier les voies d’absorption de calcium, fer et cuivre comme points d’entrée possibles de l’uranium. Une étude de mutants affectés dans ces voies de transport a révélé que les mutants Δmid1, Δcch1 et Δftr1, respectivement affectés dans le transport de calcium (canal MID1/CCH1) et de Fe3+ (FTR1), présentaient également une absorption d’uranium fortement réduite. L’expression ectopique du gène sauvage MID1 dans le mutant Δmid1 a permis de rétablir les niveaux d’absorption d’uranium de la souche sauvage démontrant l’implication du canal calcique MID1/CCH1 dans l’entrée d’uranium dans la levure. Dans le second volet, 53 protéines candidates pour la fixation de l’uranium in vivo ont été identifiées en utilisant des approches métalloprotéomiques combinant fractionnements chromatographiques, identification des protéines par spectrométrie de masse et des métaux par spectrométrie de masse couplée à une torche à plasma. Ces cibles cellulaires pourraient être responsables de la toxicité de l’uranium dans la plante ou jouer un rôle dans sa détoxication. Une de ces protéines candidates, GRP7, a été surproduite et caractérisée plus en détail. Après avoir démontré sa capacité à lier l’uranium in vitro, son analyse structurale a été initié par résonance magnétique nucléaire structurale dans le but d’identifier les sites de fixation de l’uranium. Ensemble, ces nouvelles connaissances fondamentales pourraient conduire au développement de plusieurs approches biotechnologiques pour, à terme, mieux contrôler la dissémination de l’uranium dans l’environnement.