The DNA shows a high degree of spatial and dynamical organization over a broad range of length scales. It interacts with different populations of proteins and can form protein-DNA complexes that underlie various biological processes, including chromosome segregation. A prominent example is the large ParB-DNA complex, an essential component of a widely spread mechanism for DNA segregation in bacteria. Recent studies suggest that DNA-bound ParB proteins interact with each other and condense into large clusters with multiple extruding DNA-loops. In my talk, I present the Looping and Clustering model, a simple statistical physics approach to describe how proteins assemble into a protein-DNA cluster with multiple loops. Our analytic model predicts binding profiles of ParB proteins in good agreement with data from high precision ChIP-sequencing – a biochemical technique to analyze the interaction between DNA and proteins at the level of the genome. The Looping and Clustering framework provides a quantitative tool that could be exploited to interpret further experimental results of ParB-like protein complexes and gain some new insights into the organization of DNA.

Le contrôle de la structure et de la morphologie de solides hybrides organiques-inorganiques est un élément clef pour la conception de matériaux fonctionnels. En particulier, pour les silsexquioxanes pontants (SP) auxquels nous nous intéressons, il a été montré que structure et morphologie pouvaient être contrôlées à travers la maitrise des conditions de synthèses (PH, Solvant, …) : à partir d’une même molécule précurseur, des matériaux lamellaires, amorphes, tubulaires, ou de morphologies spongieuses ont pu être obtenus. Les SP présentent l’avantage d’être fonctionnalisés soit en incluant des groupes fonctionnels au sein des molécules précurseurs, soit par l’association de ces précurseurs à des ions/molécules fonctionnelles au cours de la synthèse. A travers un travail centré sur les spectroscopies vibrationnelles, nous nous intéressons aux mécanismes de structurations de ces matériaux, afin d’optimiser leur contrôle et leur impact sur les propriétés de ces matériaux fonctionnels. Ces mécanismes intervenant au cours la réaction sol-gel sont fortement impactés par la compétition entre l’auto-assemblage par liaisons non covalentes (formation de ponts intermoléculaires par liaisons hydrogènes entre amides) et la condensation de la sous structure inorganiques (formation de liaisons covalentes Si-O-Si). Les conditions de synthèse jouent un rôle important dans la maîtrise de cette compétition, nous montrons également qu’il est également possible de jouer sur les liaisons hydrogène en jouant sur la substitution amide/thioamide (conformation/force de liaisons…). La maitrise de la structure et de la substitution amide/thioamide jouent un rôle sur les propriétés d’absorption de la lumière des SP. Ces matériaux, si on maitrise gamme et efficacité d’absorption de la lumière présentent un potentiel pour l’incorporation d’ions luminescents lanthanides, favorisant un effet d’antenne par les sous structures du SP jouant le rôle de ligands pour les ions Ln3+. A travers les spectroscopies vibrationnelles nous montrons un fort impact du choix des précurseurs jouant le rôle de ligands, et de la présence de ces ligands sur les propriétés d’assemblages des précurseurs. La compréhension de ces mécanismes a permis d’élaborer des films de rendements quantiques absolus de l’ordre de 0.60±0.02 (excitation 345 nm) permettant l’élaboration de concentrateurs solaires de rendement de conversion de l’ordre de 12.3% lorsqu’ils sont excités dans la gamme (300-380nm).Dans un deuxième temps, nous nous intéressons au comportement de ces matériaux SP sous haute pression et nous montrons que les liaisons hydrogènes confèrent à ces matériaux une élasticité, jouant le rôle de nano-ressorts. A travers une étude in-situ en IR, nous étudions l’impact de la structuration et de la modulation de la liaison hydrogène sur la limite de ce domaine élastique.

Dye encapsulation into host single-walled carbon nanotubes is an elegant way to create hybrid nano-systems with tunable opto-electronic properties. To this aim, different kinds of molecules (either electron donor or acceptor, absorbing either in the blue or the red visible range) are encapsulated into metallic or semiconducting nanotubes displaying different diameters. Up to now, we have mainly studied encapsulated quaterthiophene derivatives (4T), tetracyanoquinodimethane (TCNQ) and phthalocyanine (MPc) molecules. In this work, we discuss the supramolecular organization of dyes inside the nanotube, the optical properties and the charge transfer for some of our hybrid systems. For instance, using Raman spectroscopy, a significant electron transfer is reported with 4T, whose magnitude strongly depends on the nanotube diameter, and on the metallic or semiconducting character. Experiments also suggest a photo-activated electron transfer for small diameter (~9 Å) semiconducting and metallic tubes. Confinement of electron donor (4T) (respectively electron acceptor (TCNQ)) into small diameter tubes leads to a red shift (blue shift) of the optical absorption energy and an increase (decrease) of the photoluminescence intensities, evidenced by the photoluminescence excitation maps.

We combine an analytically solvable mean-field elasto-plastic model with molecular dynamics simulations of a generic glass former to demonstrate that, depending on their preparation protocol, amorphous materials can yield in two qualitatively distinct ways. We show that well-annealed systems yield in a discontinuous brittle way, as metallic and molecular glasses do. Yielding corresponds in this case to a first-order nonequilibrium phase transition. As the degree of annealing decreases, the first-order character becomes weaker and the transition terminates in a second-order critical point in the universality class of an Ising model in a random field. For even more poorly annealed systems, yielding becomes a smooth crossover, representative of the ductile rheological behavior generically observed in foams, emulsions, and colloidal glasses. Our results show that the variety of yielding behaviors found in amorphous materials does not necessarily result from the diversity of particle interactions or microscopic dynamics but is instead unified by carefully considering the role of the initial stability of the system.

We combine an analytically solvable mean-field elasto-plastic model with molecular dynamics simulations of a generic glass former to demonstrate that, depending on their preparation protocol, amorphous materials can yield in two qualitatively distinct ways. We show that well-annealed systems yield in a discontinuous brittle way, as metallic and molecular glasses do. Yielding corresponds in this case to a first-order nonequilibrium phase transition. As the degree of annealing decreases, the first-order character becomes weaker and the transition terminates in a second-order critical point in the universality class of an Ising model in a random field. For even more poorly annealed systems, yielding becomes a smooth crossover, representative of the ductile rheological behavior generically observed in foams, emulsions, and colloidal glasses. Our results show that the variety of yielding behaviors found in amorphous materials does not necessarily result from the diversity of particle interactions or microscopic dynamics but is instead unified by carefully considering the role of the initial stability of the system.