Dans ce mémoire, nous abordons le problème de la correction d'erreurs systématiques et de la recherche des composés prometteurs (i.e. «hits») dans les procédures de criblage à haut débit (HTS). Nous introduisons une nouvelle approche pour la correction des erreurs systématiques dans les procédures HTS et la comparons à quelques méthodes couramment utilisées. La nouvelle méthode, appelée «well correction» ou correction par puits, procède par une analyse des erreurs systématiques localisées au niveau des puits, à travers toute la procédure de criblage. Cette méthode permet une amélioration des résultats obtenus lors de la sélection des «hits», par des méthodes utilisant un seuil prédéfini. La correction par puits à montré des résultats supérieurs aux méthodes suggérées dans la littérature telles que: correction par soustraction de l'arrière-plan («background correction» : Kevorkov et Makarenkov, 2005a, 2005b); «median-polish» et «B score» (Brideau et al., 2003; Malo et al., 2006). Nous avons également comparé trois méthodes de recherche des «hits» utilisant des approches de groupement (i.e. «clustering»): k-mean; somme des distances inter-cluster moyennes (SASD) et distance moyenne entre clusters (AICD). Ces méthodes proposent des algorithmes différents pour mesurer la distance entre les données provenant du criblage. Les méthodes de groupement utilisant k-means et SASD ont montré des résultats intéressants, mais aucune des méthodes étudiées n'a montré des performances pouvant justifier son utilisation dans tous les cas de figure. Un logiciel, «HTS Corrector», a été développé dans le cadre de ce travail. Il intègre toutes les méthodes étudiées dans ce mémoire. D'autres fonctionnalités auxiliaires, pouvant aider le praticien dans l'analyse des résultats provenant d'une procédure HTS, ont aussi été intégrées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Criblage à haut débit, High-throughput Screening, Erreurs systématiques, Correction de données, Méthodes de groupement, Recherche de hits, Normalisation de données.

Le développement récent des prime editors (PE) a introduit un nouvel outil de modification génomique précis, qui permet un large éventail de modifications génétiques ciblées sans nécessité de modèles d'ADN donneur. L'édition primaire utilise la transcription inverse amorcée par la cible pour inscrire des séquences modifiées dans le génome. Cette approche permet l'installation de toutes les variantes de nucléotides uniques ainsi que de courtes insertions et délétions, offrant la méthode la plus polyvalente et précise d'édition génomique à ce jour. Cependant, les PE sont actuellement limités par une faible efficacité. Dans le cadre du premier chapitre de cette thèse, nous avons développé une méthode à haut débit, l'essai de séquençage Peptide Self-Editing sequencing assay (PepSEq), pour mesurer comment la fusion de 12 000 peptides de 85 acides aminés influence l'efficacité de PE. Nos résultats démontrent que l'intégration de la fusion de peptides augmente significativement les capacités de PE. Spécifiquement, nous avons identifié que les peptides améliorant l'édition, lorsqu'ils sont combinés de manière synergique, conduisent à des améliorations substantielles de l'édition dans une variété de lignées cellulaires et sur de nombreux sites cibles génomiques. Notamment, la configuration la plus efficace de double peptide-éditeur primaire a considérablement augmenté l'efficacité de PE. Le mécanisme sous-jacent de cette construction semble être une amélioration de l'efficacité de la traduction, les établissant comme des outils universellement applicables pour optimiser l'édition primaire. Dans le cadre du deuxième chapitre de cette thèse, nous avons décrit une approche de mutagenèse saturante utilisant les PE. Nous exploitons le système PE en conjonction avec une plateforme de criblage à haut débit qui incorpore un rapporteur intégré pour mesurer les résultats d'édition et leurs ramifications phénotypiques afin d'évaluer efficacement les variants associés aux maladies. Ensuite, nous appliquons cette stratégie dans un essai de captation de LDL fluorescent, pour une interprétation fonctionnelle précise de variants complexes, tels que ceux affectant la captation de LDL. Ce travail établit un nouveau référentiel pour l'évaluation fonctionnelle des variants génétiques en fournissant une compréhension plus nuancée de la pathogénicité des variants et de ses mécanismes structurels. / The recent development of prime editors (PE) has introduced a novel, precise genome editing tool that enables a broad array of targeted genetic modifications without the need for donor DNA templates. Prime editing uses target-primed reverse transcription to write altered sequences into the genome. This approach allows for the installation of all single-nucleotide variants as well as short insertions and deletions, offering the most versatile and precise method for genome editing to date. However, PEs are currently limited by low efficiency. As part of the first chapter of this thesis, we developed a high-throughput method, Peptide Self-Editing sequencing assay (PepSEq), to measure how fusion of 12,000 85-amino acid peptides influences prime editing efficiency. Our findings demonstrate that the integration of peptide fusion significantly augments prime editing capabilities. We identified that prime-enhancing peptides, when synergistically combined, lead to substantial improvements in prime editing across a variety of cell lines and at numerous genomic target sites. Notably, the most effective dual peptide-prime editor configuration substantially elevated prime editing efficiency. The underlying mechanism of this construct appears to be an enhancement of translation efficiency, establishing them as universally applicable tools for optimizing prime editing. As part of the second chapter of this thesis, we describe a saturation mutagenesis approach using PEs. We leverage the PE system in conjunction with a high-throughput screening platform that incorporates an integrated reporter for measuring editing outcomes and their phenotypic ramifications to efficiently evaluate disease-associated variants. Then, we apply this strategy in a fluorescent LDL uptake assay for precise functional interpretation of complex variants, such as those affecting LDL uptake. This work sets a new benchmark for the functional assessment of genetic variants by providing a more nuanced understanding of variant pathogenicity and its structural mechanisms.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La leishmaniose est la maladie parasitaire la plus mortelle après le paludisme et il n'existe pas de vaccin chez l'homme. Des traitements sont actuellement disponibles, mais ils sont coûteux, présentent des effets secondaires non négligeables, sont peu spécifiques et des résistances émergent. Les principales molécules utilisées sont les dérivés d'antimoine pentavalent, l'amphotéricine B, la miltefosine et la paromomycine. Découvrir de nouvelles molécules, préciser le mécanisme d'action des molécules anti-leishmania connues et plus généralement étudier la résistance est donc essentiel dans la lutte contre la leishmaniose. Ceci permettra d'améliorer l'utilisation des drogues, de minimiser l'apparition de résistances et de préciser les mécanismes employés par les parasites. Dans la cadre de cette thèse, mes objectifs étaient de déterminer le potentiel thérapeutique de molécules en développement ainsi que d'élucider les mécanismes de résistance et les cibles de médicaments connus ou en développement chez Leishmania. Dans le Chapitre 1 j'ai étudié le potentiel thérapeutique de trente-huit nouveaux composés thiophène. Une sélection de mutants couplée au séquençage haut débit (Sel-seq) criblée avec le candidat GC1-19, ayant une activité plus spécifique contre L. infantum JPCM5, a permis de mettre en évidence une conversion génique au niveau du locus ABCG2, impliquée dans la résistance. L'étude de cette molécule par clonage fonctionnel couplé au séquençage haut débit (Cos-seq) a démontré que la surexpression d'une tryparédoxine peroxydase est responsable d'une faible résistance au composé GC1-19. Les dérivés thiophènes sont donc des constructions d'intérêt pour le développement de médicaments contre la leishmaniose et les criblages Sel-seq et Cos-seq sont efficaces pour déterminer quels sont les gènes impliqués dans la résistance. Afin de mieux comprendre le métabolisme des folates, j'ai réalisé une mutagenèse chimique couplée au séquençage haut débit (Mut-seq) de L. major Friedlin avec une sélection au méthotrexate (MTX) (Chapitre 2). Vingt clones ayant une diminution de la susceptibilité au MTX de 2 à 400 fois ont été séquencés. Des mutations récurrentes ont été observés dans des gènes connus pour être impliqués dans le métabolisme des folates, dont les gènes FT1, DHFR-TS et PTR1, ou dans des gènes qui n'avaient jamais été associés au métabolisme des folates comme la L-galactolactone oxidase et une méthyltransférase. Pour la première fois, j'ai mis en évidence des mutations ponctuelles et des évènements de conversion géniques dans FT1, ainsi que des mutations ponctuelles dans DHFR-TS qui confèrent de la résistance au MTX. J'ai également démontré un effet dominant positif de deux mutations dans PTR1 ainsi que d'une mutation dans DHFR-TS. La sur-expression des versions sauvages de la L-galactolactone oxidase et d'une méthyltransférase dans les mutants appropriés les resensibilise au MTX. Le Mut-seq a également montré son efficacité lorsqu'il est couplé à une sélection avec du SbIII (Chapitre 4). Il a permis de mettre en évidence la kinase CDPK1, impliquée à la fois dans la résistance à la PMM et au SbIII. Son inactivation partielle confère de la résistance au SbIII et il reste à déterminer si les mutations ponctuelles retrouvées sont responsables de la résistance observée. Ces études montrent l'importance de l'utilisation de nouveaux criblages fonctionnels, ici le Mut-seq, pour découvrir de nouveaux gènes ayant un lien avec la résistance ainsi que de nouveaux mécanismes employés par le parasite au niveau de gènes déjà associés à la résistance. Le transporteur AdoMet et les transporteurs de folate FT1 et FT5, des transporteurs membranaires de la famille des FBTs localisés sur le chromosome 10, ont été caractérisé fonctionnellement. Dans le Chapitre 3, la totalité de ce locus ainsi qu'un FBT sur le chromosome 19 ont été étudié par délétion génique et expériences de localisation cellulaire. La délétion du locus du chromosome 10, contenant 7 gènes FBT, confère de la résistance à la sinefungine et au MTX. Six de ces protéines sont situées au niveau de la membrane plasmique, tout comme le FBT présent sur le chromosome 19. La délétion de ce dernier n'impacte pas la susceptibilité au MTX. Ensemble, ces travaux de recherche montrent l'efficacité et la complémentarité des criblages génomiques Sel-seq, Mut-seq et Cos-seq pour découvrir de nouveaux mécanismes de résistance et des cibles cellulaires. Ces criblages ont montré leur utilité aussi bien en réalisant la sélection avec un médicament utilisé contre la leishmaniose en thérapie, les antimoniés, mais aussi avec un médicament utilisé contre d'autres maladies, le MTX, ou encore lors de sélections avec des composés en développement comme les dérivés thiophènes. / Leishmaniasis is the deadliest parasitic disease after malaria and there is no vaccine for humans. Treatments are currently available, but they are expensive, have significant side effects, are not very specific, and resistance is emerging. The main molecules used are pentavalent antimony derivatives, amphotericin B, miltefosine and paromomycin. Discovering new molecules, clarifying the mechanism of action of known anti-leishmanial molecules and more generally studying resistance are therefore essential in the fight against leishmaniasis. This will make it possible to improve the use of drugs, reduce the appearance of resistance and clarify the mechanisms deployed by the parasites. As part of this thesis, my objectives were to determine the therapeutic potential of molecules in development as well as to elucidate the resistance mechanisms and targets of drugs known or in development against Leishmania. In Chapter 1, I studied the therapeutic potential of thirty-eight new thiophene compounds. A Sel-seq screen with the candidate GC1-19, being more active against L. infantum JPCM5, made it possible to highlight a gene conversion event at the ABCG2 locus, involved in resistance. The study of this molecule by Cos-seq screening demonstrated that the overexpression of a tryparedoxin peroxidase is responsible for low resistance to the compound GC1-19. Thiophene derivatives are therefore scaffolds of interest for the development of drugs against leishmaniasis and Sel-seq and Cos-seq screens are effective in determining which genes are involved in resistance. In order to better understand folate metabolism, I performed a Mut-seq screen coupled with methotrexate (MTX) selection in L. major Friedlin (Chapter 2). Twenty clones with a 2- to 400-fold decrease in MTX susceptibility were sequenced. Recurrent mutations have been observed in genes known to be involved in folate metabolism, including the FT1, DHFR-TS and PTR1 genes, or in genes previously not associated with folate metabolism such as L-galactolactone oxidase and a methyltransferase. For the first time, I demonstrated point mutations and gene conversion events in FT1, as well as point mutations in DHFR-TS that confer resistance to MTX. I also demonstrated a dominant positive effect of two mutations in PTR1 as well as one mutation in DHFR-TS. Overexpression of wild-type versions of L-galactolactone oxidase and a methyltransferase in the appropriate mutants resensitize them to MTX. Mut-seq has also shown its effectiveness when coupled with selection with SbIII (Chapter 4). It made it possible to highlight the CDPK1 kinase, involved in both resistance to paromomycin and SbIII. Its partial inactivation confers resistance to SbIII and it remains to be determined whether the point mutations found are responsible for the observed phenotype. These studies show the importance of using new functional screens, here Mut-seq, to discover new genes linked to resistance as well as new mechanisms used by the parasite at the level of genes already associated with resistance. The AdoMet transporter and the folate transporters FT1 and FT5, as well as other membrane transporters of the FBT family located on chromosome 10, were functionally characterized. In Chapter 3, this entire locus as well as an FBT on chromosome 19 were studied by gene deletion and cellular localization experiments. Deletion of the chromosome 10 locus, containing 7 FBT genes, confers resistance to sinefungin and MTX. Six of these proteins are located at the plasma membrane, similarly to the FBT gene product encoded on chromosome 19. Deletion of the latter does not impact susceptibility to MTX. Together, this research shows the effectiveness and complementarity of Sel-seq, Mut-seq and Cos-seq genomic screens to discover new resistance mechanisms and cellular targets. These screenings have shown their usefulness both by carrying out selection with a drug used against leishmaniasis in therapy, antimonials, but also with a drug used against other diseases, MTX, or even during selections with compounds in development such as thiophene derivatives.

Les travaux présentés dans ce mémoire se situent dans le cadre général de la recherche de nouveaux médicaments par le biais de techniques informatiques. La première partie de ce document est centrée autour du développement de la plateforme logicielle VSM-G (Virtual Screening Manager for Grids). Le but poursuivi par ce projet est de fournir un outil convivial et simple d'utilisation afin de conduire des études de criblage virtuel à haut-débit. Le coeur de VSM-G repose sur une stratégie multi-étapes de filtres successifs permettant le traitement efficace de chimiothèques de grande taille. Deux filtres ont été utilisés pour ce travail et implémentés dans VSM-G : un programme innovant d’estimation rapide de complémentarité géométrique entre molécules-candidates et site actif (SHEF) précéde un algorithme de docking flexible plus conventionnel (GOLD). Les avantages de cette méthodologie, associée à la prise en charge de multiples conformations de la cible étudiée (le récepteur nucléaire LXRß), sont présentés tout d’abord par une étude de preuve de concept, puis à travers une campagne de criblage virtuel à grande échelle. L'autre partie de ces travaux, exclusivement applicative, concerne l'étude du domaine FAT de la kinase d'adhérence focale FAK. FAK est une cible d’intérêt pharmaceutique particulièrement intéressante, car clairement impliquée dans divers processus de développement cancéreux. Le but de cette étude est double : il s’agit tout d’abord de mieux comprendre le mode de fonctionnement du domaine FAT de FAK à travers une étude biophysique pour en évaluer la flexibilité ; et ensuite concevoir in silico des petites molécules peptidomimétiques permettant de moduler son activité, ce qui pourrait limiter une progression tumorale. / The work presented here deals with drug discovery by means of computational techniques. The first part is focused around the development of the VSM-G (Virtual Screening Manager for Grids) software platform. This project aims to provide a user-friendly and easy-to-use tool for performing high throughput virtual screening experiments. The core of VSM-G is a multiple-step screening strategy in which several filters are organized sequentially as to tackle large chemical libraries efficiently. Two filters were used for this study and implemented into VSM-G: a new and fast ligand-active site geometrical complementarity estimation program (SHEF) precedes a conventional flexible docking tool (GOLD). We describe the advantages of such an approach, associated with the use of multiple target conformations for the LXRß nuclear receptor, by presenting a proof-of-concept study. A high-throughput virtual screening campaign is then performed. The second part of this work, exclusively applicative, deals with the study of the FAT domain of the focal adhesion kinase (FAK). FAK is an important pharmaceutical target due to its involvement in the development of various forms of cancer. The first goal is to gain knowledge regarding FAT flexibility and active state structural properties. The second objective is to design in silico peptidomimetic compounds targeting FAT and therefore potentially modulate FAK activity during tumour progression.

La disponibilité à la fois des données à grande échelle du transcriptome et du génome de tumeurs permet maintenant d'identifier assez facilement des oncogènes candidats, gènes qui sont surexprimés en conséquence de l'amplification d'ADN. Ces oncogènes candidats doivent alors être fonctionnellement validés et leur rôle dans la cellule normale et tumorale doit être étudié.Dans cette étude, nous nous sommes principalement focalisés sur le cancer du sein, le cancer le plus fréquent chez les femmes et la deuxième cause de décès par cancer chez les femmes à travers le monde. En France, 52.000 nouveaux cas avec 12.000 décès dus au cancer du sein ont été estimés en 2010 représentant 34% de tous les nouveaux cas de cancer chez les femmes. Les chromosomes les plus fréquemment altérés dans le cancer du sein sont les chromosomes 8, 11 et 17, qui contiennent les amplicons 17q12 (ERBB2) et 11q13 (CCND1). Le développement de «l 'herceptine" contre ERBB2 illustre le potentiel de la génomique fonctionnelle du cancer pour l'identification de cibles thérapeutiques. Plusieurs études ont identifié d'autres amplicons avec des oncogènes candidats. Cependant très peu d'études ont rapporté la validation fonctionnelle des candidats identifiés, mettant ainsi en évidence la nécessité des analyses fonctionnelles à grande échelle des différents amplicons dans le cancer du sein pour identifier de nouveaux gènes pilotes qui pourraient ensuite être utilisés pour le développement de stratégies thérapeutiques pour le cancer du sein. Ces dernières années, l'ARNi est devenu un outil de choix pour le criblage à haut débit pour caractériser la fonction des gènes dans des lignées cellulaires. Dans cette étude, nous avons effectué un criblage fonctionnel à moyen-débit basé sur l’utilisation de l'ARNi de 127 gènes amplifiés et surexprimés appartenant à 11 amplicons majeurs sur les chromosomes 8, 11 et 17 dans le cancer du sein. Ce crible à permis l'identification de 8 oncogènes au sein de 5 amplicons différents. En outre, la validation fonctionnelle de 5 de ces gènes a permis de démontrer que 4 gènes, RAD21, EIF3H, TANC2 et CHRAC1 au sein de 3 amplicons, régulent l'apoptose, la prolifération et la transformation cellulaire de cellule dérivées de carcinomes mammaires. Les régions d'altération génétique dans un cancer peuvent être également modifiées dans de multiples types d’autres cancers. L'amplicon 8p11-p12 a par exemple été décrit dans le cancer du sein, du pancréas, du poumon et de la vessie. Ces amplicons communs dans différents cancers peuvent contenir des oncogènes « pilote » communs. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons évalué l'implication possible dans des lignées cellulaires dérivées de cancer du pancréas et du poumon présentant un amplicon en 8p11-p12 de deux oncogènes à savoir, PPAPDC1B et WHSC1L1 qui ont été décrits comme des gènes « driver » de l'amplicon 8p11-p12 dans le cancer du sein et également dans le cancer du poumon pour WHSC1L1. L'inhibition de ces deux gènes réduit la survie cellulaire et la croissance indépendante de l'ancrage à un support de lignées tumorales du pancréas et du poumon présentant une amplification en 8p11-p12. Cette constatation met en évidence l'importance de ces deux gènes dans de multiples cancers et l'intérêt thérapeutique potentiel d'inhiber ces enzymes dans les cancers présentant un amplicon en 8p11-p12. Des modèles de souris transgéniques permettent d’étudier la fonction de gènes candidats in vivo. Pour évaluer in vivo le rôle de PPAPDC1B, nous avons établi des souris transgéniques sur-exprimant PPAPDC1B sous la dépendance du promoteur de la kératine 5 permettant de cibler les épithéliums pluri ou pseudo stratifiés. Les souris transgéniques développent deux phénotypes inattendus, le développement de poils le long des incisives et une inflammation aiguë des glandes salivaires, des ganglions lymphatiques, de la vessie et du pancréas. / Availability of both large scale transcriptomic and genomic data of tumours now allows to identify relatively easily candidate oncogenes that are over-expressed as a consequence of DNA amplification. These candidate oncogenes have then to be functionally validated and studied for their role in the normal and cancer cell.In this study, we mainly focused on breast cancer, the most common cancer among women and the second leading cause of cancer deaths in women around the world. In France, 52,000 new cases with 12,000 deaths of breast cancer were estimated in 2010 accounting for 34% of all new cases of cancer in women. In breast cancer the main altered chromosomes include chromosome 8, 11 and 17 which contain the 17q12 (ERBB2) and the 11q13 (CCND1) amplicons. Development of “herceptin” against ERBB2 illustrates the potential of cancer genomics in identifying therapeutic targets. Several studies have identified other amplicons with candidate oncogenes. However very few studies reported functional validation of identified candidates, thus highlighting the need of large scale functional analyses of different amplicons in breast cancer to identify new driver genes which may be used for development of therapeutic strategies for breast cancer. In recent years, RNAi has become a tool of choice for high-throughput screening to characterize gene function in cultured cells. In this study we performed high-throughput RNAi based functional screening of 127 amplified and over-expressed genes from 11 major amplicons on chromosome 8, 11 and 17 in breast cancer. This resulted in the identification of 8 driver genes from 5 amplicons. Further functional validation of 5 of these genes demonstrated that 4 genes, RAD21, EIF3H, TANC2 and CHRAC1 from 3 amplicons, regulate breast cancer cell proliferation, apoptosis and transformation. Regions of genetic alteration in one cancer may be altered in multiple cancer types. One such example includes the 8p11-p12 amplicon which has been reported to be amplified in breast, pancreatic, lung and bladder cancer. Also common amplicons from different cancers may harbor common driver oncogenes. To investigate this hypothesis we evaluated the possible involvement in 8p11-12 amplified pancreatic and lung cancer cell lines of two oncogenes namely, PPAPDC1B and WHSC1L1 that have been described to be driver genes of the 8p11-12 amplicon in breast cancer and furthermore in lung cancer for WHSC1L1. Inhibition of both genes reduced cell survival and anchorage independent growth in amplified pancreatic and lung cancer cell lines. This finding highlights the importance of these two genes in multiple cancers and therapeutic potential interest to inhibit these enzymes in multiple cancers with 8p11-p12 amplification.Transgenic mouse models play an important role to investigate in vivo function of candidate genes. To evaluate in vivo role of PPAPDC1B, we established a transgenic mouse model over-expressing PPAPDC1B under the Keratin 5 promoter. Transgenic mice developed two unexpected phenotypes including development of hair follicles along front teeth and acute inflammation of salivary glands, lymph nodes, bladder and pancreas. This is an ongoing study that may help to understand the mechanism of action of PPAPDC1B in vivo.

Le travail décrit dans ce manuscrit présente l'utilisation de deux techniques immunoenzymatiques pour le criblage à haut débit de catalyseurs chimiques et biologiques. Ces méthodes, jusqu'à présent réservées au monde du diagnostic sont employées ici pour la découverte de nouveaux catalyseurs pour des réactions énantiosélectives ainsi que pour des réactions de couplage. Les dosages immunologiques « par compétition » faisant appel aux anticorps monoclonaux se sont avérés des excellents outils pour le criblage à haut débit de catalyseurs asymétriques pour les réactions d'insertion de carbénoïdes dans la liaison OH de l'eau tandis que celles utilisant des anticorps polyclonaux ont été utilisées avec succès pour le criblage de biocaytalyseurs pour la réaction d'ouverture énantiosélective des oxazolones par l'eau. Un autre type de méthode utilisant des anticorps monoclonaux, appelée « sandwich » nous a permis de réaliser le criblage à haut débit de catalyseurs pour la réaction de cycloaddition alcyne-azoture.

Durant le criblage à haut débit (High-throughput screening, HTS), la première étape dans la découverte de médicaments, le niveau d'activité de milliers de composés chimiques est mesuré afin d'identifier parmi eux les candidats potentiels pour devenir futurs médicaments (i.e., hits). Un grand nombre de facteurs environnementaux et procéduraux peut affecter négativement le processus de criblage en introduisant des erreurs systématiques dans les mesures obtenues. Les erreurs systématiques ont le potentiel de modifier de manière significative les résultats de la sélection des hits, produisant ainsi un grand nombre de faux positifs et de faux négatifs. Des méthodes de correction des données HTS ont été développées afin de modifier les données reçues du criblage et compenser pour l'effet négatif que les erreurs systématiques ont sur ces données (Heyse 2002, Brideau et al. 2003, Heuer et al. 2005, Kevorkov and Makarenkov 2005, Makarenkov et al. 2006, Malo et al. 2006, Makarenkov et al. 2007). Dans cette thèse, nous évaluons d'abord l'applicabilité de plusieurs méthodes statistiques servant à détecter la présence d'erreurs systématiques dans les données HTS expérimentales, incluant le x2 goodness-of-fit test, le t-test et le test de Kolmogorov-Smirnov précédé par la méthode de Transformation de Fourier. Nous montrons premièrement que la détection d'erreurs systématiques dans les données HTS brutes est réalisable, de même qu'il est également possible de déterminer l'emplacement exact (lignes, colonnes et plateau) des erreurs systématiques de l'essai. Nous recommandons d'utiliser une version spécialisée du t-test pour détecter l'erreur systématique avant la sélection de hits afin de déterminer si une correction d'erreur est nécessaire ou non. Typiquement, les erreurs systématiques affectent seulement quelques lignes ou colonnes, sur certains, mais pas sur tous les plateaux de l'essai. Toutes les méthodes de correction d'erreur existantes ont été conçues pour modifier toutes les données du plateau sur lequel elles sont appliquées et, dans certains cas, même toutes les données de l'essai. Ainsi, lorsqu'elles sont appliquées, les méthodes existantes modifient non seulement les mesures expérimentales biaisées par l'erreur systématique, mais aussi de nombreuses données correctes. Dans ce contexte, nous proposons deux nouvelles méthodes de correction d'erreur systématique performantes qui sont conçues pour modifier seulement des lignes et des colonnes sélectionnées d'un plateau donné, i.e., celles où la présence d'une erreur systématique a été confirmée. Après la correction, les mesures corrigées restent comparables avec les valeurs non modifiées du plateau donné et celles de tout l'essai. Les deux nouvelles méthodes s'appuient sur les résultats d'un test de détection d'erreur pour déterminer quelles lignes et colonnes de chaque plateau de l'essai doivent être corrigées. Une procédure générale pour la correction des données de criblage à haut débit a aussi été suggérée. Les méthodes actuelles de sélection des hits en criblage à haut débit ne permettent généralement pas d'évaluer la fiabilité des résultats obtenus. Dans cette thèse, nous décrivons une méthodologie permettant d'estimer la probabilité de chaque composé chimique d'être un hit dans le cas où l'essai contient plus qu'un seul réplicat. En utilisant la nouvelle méthodologie, nous définissons une nouvelle procédure de sélection de hits basée sur la probabilité qui permet d'estimer un niveau de confiance caractérisant chaque hit. En plus, de nouvelles mesures servant à estimer des taux de changement de faux positifs et de faux négatifs, en fonction du nombre de réplications de l'essai, ont été proposées. En outre, nous étudions la possibilité de définir des modèles statistiques précis pour la prédiction informatique des mesures HTS. Remarquons que le processus de criblage expérimental est très coûteux. Un criblage virtuel, in silico, pourrait mener à une baisse importante de coûts. Nous nous sommes concentrés sur la recherche de relations entre les mesures HTS expérimentales et un groupe de descripteurs chimiques caractérisant les composés chimiques considérés. Nous avons effectué l'analyse de redondance polynomiale (Polynomial Redundancy Analysis) pour prouver l'existence de ces relations. En même temps, nous avons appliqué deux méthodes d'apprentissage machine, réseaux de neurones et arbres de décision, pour tester leur capacité de prédiction des résultats de criblage expérimentaux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : criblage à haut débit (HTS), modélisation statistique, modélisation prédictive, erreur systématique, méthodes de correction d'erreur, méthodes d'apprentissage automatique

Une inquiétude majeure de notre société moderne est de fournir de l’énergie à une demande mondiale toujours croissante. Les énergies alternatives sont alors un domaine de recherche stimulant et stimulé. Comme technologie prometteuse, les piles à combustible comportant une membrane conductrice de protons montrent des résultats encourageants en simulation et en laboratoire. Ces membranes sont souvent composées de polymères perfluorés, comme le Nafion\textsuperscript{\textregistered}, malgré leur coût et leur faible efficacité à haute température. Une meilleure compréhension de leurs propriétés intrinsèques mènerait à des indices vers de nouvelles membranes stables thermiquement, chimiquement, et plus efficaces. Cette étude concerne alors la simulation de membranes composées de Nafion\textsuperscript{\textregistered} à différents taux d’hydratation. Une des problématiques mentionnées précédemment concerne l’efficacité des membranes à faible taux d’hydratation. La conductivité du Nafion\textsuperscript{\textregistered} décroît fortement lorsque peu de molécules d’eau sont présentes dans le matériau. Ce fait est directement lié aux états de l’eau. En effet, les molécules présentes en faible concentration ne se comportent pas comme l’eau en \textit{bulk} (ex.: un verre d’eau). Celles-ci sont fortement liées au groupement chimique sulfonique, ce qui réduit leur mobilité et, par ailleurs, leur capacité de conduire des protons. À plus haute concentration en eau dans la membrane, trois autres états apparaissent: l’eau normale, un état intermédiaire et l'eau liée au groupement d'acide sulfonnique. La conductivité de la membrane augmente donc drastiquement lorsque la prise d’eau de la membrane atteint un seuil critique. Une fraction élevée d’eau à l'état normale dans une membrane est alors corrélé à une meilleure efficacité de cette dernière. Par ailleurs, ceci explique pourquoi le Nafion\textsuperscript{\textregistered} trône au sommet du palmarès pour les matériaux solides conducteurs: en comparaison avec les autres matériaux, ce polymère perfluoré possède plus d’eau à l'état normal (pour un taux d’hydratation constant). Les résultats font alors objet de l’identification des états de l’eau dans un matériau simulé. Dans un premier temps, la quantification des pourcentages relatifs des états de l’eau au sein d’une membrane perfluorée a été faite. L’état le plus important est l’eau libre, où cette quantité dans une membrane est corrélée avec la conductivité de celle-ci. La performance de cette dernière est alors reliée à l’eau libre qu’elle contient. Pour confirmer les bonnes définitions employées, les molécules d’eau sont alors soumises à des tests pour sonder leur déplacement et rotation dans l’espace. Les données calculées sont ensuite comparées à des expériences en calorimétrie différentielle à balayage, résonance magnétique nucléaire du proton et spectroscopie d’impédance électrique. La validation des résultats étant faite, le transfert des connaissances aux polymères dérivés du norbornène peut être accompli. Ces nouvelles connaissances seront la clé pour l’élaboration d’une procédure de simulation à la prédiction de nouveaux matériaux. Les perspectives à court terme englobent l’étude de différents dérivés du norbornène. Les composés les plus prometteurs seront communiqués à des chimistes spécialistes en synthèse de matériaux fonctionnels. [Symboles non conformes]

Des produits efficaces pour stimuler le système immunitaire auraient de très nombreuses applications dans le domaine de la santé publique : lutte contre la résistance aux antibiotiques, épidémies, protection des personnels de secours et des populations en cas de crise sanitaire ou d’attentat biologique. Aujourd’hui, les rares produits immunostimulants efficaces sont coûteux, dangereux, et donc réservés au traitement de pathologies graves ciblées comme les cancers, aplasies ou infections virales chroniques. La petite protéine G Rac1 fut identifiée comme une potentielle cible thérapeutique. Activée par de nombreux pathogènes, elle contrôle l’inflammation et la mise en place des défenses de l’hôte. CNF1 est une toxine bactérienne activant fortement Rac1, ce qui conduit à sa dégradation protéasomale. Le maintien d’un pool de Rac1 activé permettrait d’augmenter les défenses immunitaires. En utilisant CNF1 comme un outil permettant de diminuer celui-ci, un test cellulaire fut mis au point pour cribler 17 680 composés. A l’aide de différents paramètres de tri, un ensemble de molécules fut identifié comme capable de prévenir la dégradation de Rac1 médiée par CNF1.De manière inattendue, la plupart des composés semblent posséder un effet anti-inflammatoire, en baissant la sécrétion de cytokines de cellules stimulées. Le potentiel thérapeutique et en recherche de tels composés doit être évalué. En parallèle, deux autres composés montrent une protection anti-toxines large spectre (CNF1, toxine diphtérique, toxine de Shiga, toxine B de C. difficile). De même, leur mécanisme d’action, encore inconnu, pourrait permettre le traitement d’infections variées. / Immune system boosters could have many applications in public health: fighting antibiotics resistance, epidemics, protection of health care staff and populations during health crisis or biological warfare. Currently, the rare efficient immune stimulants are costly and dangerous; hence, they are earmarked to severe and targeted pathologies such as cancers, aplasia, or chronic viral infections. The small G protein Rac1 was identified as a potential therapeutic target. Once activated by various pathogens, it controls inflammation and host defenses establishment. CNF1 is a bacterial toxin that strongly activating Rac1, leading to its proteasomal degradation. Maintaining an activated Rac1 pool could enhance immune defenses. By using CNF1 as a tool to reduce it, a cellular bioassay was developed and optimized to screen 17 680 compounds. Through various filters, a group of molecules was identified to prevent CNF1-mediated Rac1 depletion. Unexpectedly, most of them seems to possess anti-inflammatory properties, down-regulating cytokines production from stimulated cells. The therapeutic potential of such compounds must be now evaluated. In parallel, two other molecules show a broad-spectrum anti-toxins protection (CNF1, diphtheria toxin, Shiga toxin, toxin B from C. difficile). Their unknown mode of action may allow the treatment of various infections.

Le criblage des interactions protéine-protéine représente une approche thérapeutique prometteuse et novatrice qui est encore sous-exploitées par l’industrie pharmaceutique et la recherche biomédicale. Par contre, la nature étendue de la surface d’interaction complique le développement d’inhibiteurs par les méthodes classiques de criblage avec des chimiothèques de petites molécules. En effet, l’espace chimique couvert par les structures moléculaires retrouvées au sein des chimiothèques disponibles est peu adapté à la réalité des interactions protéine-protéine. Dans le but de développer des structures privilégiées et mieux adaptées, le chimiste médicinal doit comprendre la nature de ces interactions et s’éloigner du dogme traditionnel des molécules dites « drug-like ». Les peptides sont d’excellents candidats pour inhiber et étudier ces interactions, mais leur faible perméabilité membranaire et leur sensibilité aux protéases limitent leur utilisation in vivo. Le peptidomimétisme devient alors un concept plus que pertinent pour combiner la sélectivité et l’efficacité d’interaction des peptides avec la biodisponibilité et la stabilité métabolique des molécules organiques. De nombreuses plateformes peptidomimétiques sont disponibles ou en émergence mais plusieurs défis de taille se présentent à l’horizon. En effet, l’incorporation d’une grande diversité moléculaire et l’adaptation de ces plateformes avec les méthodes de criblage biologique à haut débit ne sont que quelques exemples des défis auxquels les chimistes et biochimistes devront répondre. Cet ouvrage présente des travaux qui ont portés sur le développement et l’exploitation de diversités moléculaires peptidomimétiques de nature diverse, tant macrocyclique qu’hétérocyclique. Dans un premier temps, diverses méthodologies de synthèse novatrices ont été développées pour étendre la diversité moléculaire accessible des peptoïdes et pour permettre le criblage à haut débit de peptoïdes cycliques selon l’approche combinatoire «one-bead-one-compound». Dans un deuxième temps, la méthodologie de synthèse Ugi-deFmoc-SNAr a été développée pour permettre la synthèse rapide et efficace de benzo-1,4-diazépin-3-ones hautement diversifiées. C’est grâce à cette méthodologie qu’une chimiothèque de première génération a pu être produite et criblée sur des lignées cellulaires du cancer de l’ovaire, de la prostate et du pancréas. Un composé a d’ailleurs été identifié pour son activité antiproliférative in vitro et son activité antitumorale in vivo. Ces différents travaux répondent au même but : exploiter des structures privilégiées pour découvrir de nouveaux modulateurs d’interaction protéine-protéine ou simplement des agents bioactifs novateurs avec des propriétés pharmacologiques prometteuses. / Targeting protein-protein interactions represents an innovative and under-exploited therapeutic approach by the pharmaceutical industry and biomedical research. Because of their physicochemical nature, protein-protein interactions represent a major challenge for conventional screening methods with small molecule libraries. Indeed, the chemical space covered by the molecular structures found in the available libraries is poorly adapted to the reality of protein-protein interactions. In order to develop privileged and better adapted structures, the medicinal chemist must understand the nature of these interactions and move away from the traditional dogma of the so-called drug-like molecules. Peptides are excellent candidates for studying these interactions, nevertheless their pharmacological properties are generally disappointing in vivo. Peptidomimetism is then a more than relevant concept to combine the selectivity and efficiency of interaction against proteins with the concepts of bioavailability and metabolic stability. Many peptidomimetic platforms are available or emerging, and several major challenges are on the horizon. Indeed, the incorporation of a large molecular diversity and the adaptation of these platforms with the high throughput biological screening methods are only a few examples of the challenges that chemists and biochemists will have to meet. This work deals with the development and exploitation of different peptidomimetic molecular diversities, either macrocyclic or heterocyclic, but which serve the same purpose: to exploit privileged structures to discover new modulators of protein-protein interactions or simply innovative bioactive agents with advantageous pharmacological properties.