Le système dynamique Chaos Game Representation associe une suite de lettres dans un alphabet fini, une mesure empirique sur un ensemble. Fournit-elle plus d'information<br />que les méthodes de comptage de mots classiques ? A<br />partir d'une caractérisation basée sur la CGR, on propose une nouvelle famille de<br />tests donnant l'ordre d'une chaîne de Markov homogène.<br />On définit ensuite une construction d'arbres digitaux de recherche,<br />inspirés par la CGR, en insérant successivement les préfixes retournés d'une chaîne de Markov. On montre que les longueurs des branches critiques se comportent, au premier ordre, comme si les<br />séquences insérées étaient indépendantes entre elles.<br />La dernière partie est consacrée à l'étude de la convergence presque sûre des moments normalisés de tout ordre de martingales vectorielles dans le théorème de la limite centrale<br />presque sûr. Les résultats sont appliqués aux erreurs d'estimation et de prédiction dans les régressions linéaires et les processus de branchement.

L’inférence de génomes ancestraux est une étape essentielle pour l’étude de l’évolution des génomes. Connaissant les génomes d’espèces éteintes, on peut proposer des mécanismes biologiques expliquant les divergences entre les génomes des espèces modernes. Diverses méthodes visant à résoudre ce problème existent, se classant parmis deux grandes catégories : les méthodes de distance et les méthodes de synténie. L’état de l’art des distances génomiques ne permettant qu’un certain répertoire de réarrangements pour le moment, les méthodes de synténie sont donc plus appropriées en pratique. Nous proposons une méthode de synténie pour la reconstruction de génomes ancestraux basée sur une définition relaxée d’adjacences de gènes, permettant un contenu en gène inégal dans les génomes modernes causé par des pertes de gènes de même que des duplications de génomes entiers (DGE). Des simulations sont effectuées, démontrant une capacité de former une solution assemblée en un nombre réduit de régions ancestrales contigües par rapport à d’autres méthodes tout en gardant une bonne fiabilité. Des applications sur des données de levures et de plantes céréalières montrent des résultats en accord avec d’autres publications, notamment la présence de fusion imbriquée de chromosomes pendant l’évolution des céréales. / Ancestral genome inference is a decisive step for studying genome evolution. Knowing genomes from extinct species, one can propose biological mecanisms explaining divergences between extant species genomes. Various methods classified in two categories have been developped : distance based methods and synteny based methods. The state of the art of distance based methods only permit a certain repertoire of genomic rearrangements, thus synteny based methods are more appropriate in practice for the time being. We propose a synteny method for ancestral genome reconstruction based on a relaxed defenition of gene adjacencies, permitting unequal gene content in extant genomes caused by gene losses and whole genome duplications (WGD). Simulations results demonstrate our method’s ability to form a more assembled solution rather than a collection of contiguous ancestral regions (CAR) with respect to other methods, while maintaining a good reliability. Applications on data sets from yeasts and cereal species show results agreeing with other publications, notably the existence of nested chromosome fusion during the evolution of cereals.

La phosphorylation du domaine C-terminal de l’ARN polymérase II permet à ce complexe protéique d’exécuter la transcription des gènes, en plus de coupler à la transcription des événements moléculaires comme la maturation des ARNm. Mes résultats montrent que même si cette phosphorylation suit un patron similaire à l’ensemble des gènes, il existe des exceptions pouvant être dues à des mécanismes alternatifs de phosphorylation du CTD. Le présent ouvrage s’intéresse également au rôle qu’occupe la variante d’histone H2A.Z dans l’organisation de la chromatine. Des études précédentes on montré que le positionnement de certains nucléosomes le long de l’ADN serait influencé par H2A.Z et aurait une influence sur la capacité de transcrire les gènes. Par une approche génomique utilisant les puces à ADN, j’ai cartographié l’impact de la délétion de H2A.Z sur la structure des nucléosomes. Enfin, des résultats intéressants sur la dynamique d’incorporation de H2A.Z à la chromatine ont été obtenus. / RNA Polymerase II is the molecular complex responsible for the transcription of class II genes. Proper transcription and associated events such as mRNA processing are thought to require the phosphorylation of its C-terminal domain. Here I show that this phosphorylation follows a similar pattern for most of the genes, althought some exceptions exist. These exceptions could be explained by alternative phosphorylation mechanisms. Also, this work provides data on how the variant histone H2A.Z influences chromatin structure. Previous studies have shown a role for H2A.Z in the positioning of some nucleosomes along the DNA, which would impact the ability to transcribe genes. Here I used a microarray technology to profile nucleosome positions in a genome-wide manner. My data provide further evidence that H2A.Z influences nucleosome positioning. Interesting results regarding the dynamics of H2A.Z incorporation into chromatin are also shown.

Les gènes sont les parties du génome qui codent pour les protéines. Les gènes d’une ou plusieurs espèces peuvent être regroupés en "familles", en fonction de leur similarité de séquence. Cependant, pour connaître les relations fonctionnelles entre ces copies de gènes, la similarité de séquence ne suffit pas. Pour cela, il est important d’étudier l’évolution d’une famille par duplications et pertes afin de pouvoir distinguer entre gènes orthologues, des copies ayant évolué par spéciation et susceptibles d’avoir conservé une fonction commune, et gènes paralogues, des copies ayant évolué par duplication qui ont probablement développé des nouvelles fonctions. Étant donnée une famille de gènes présents dans n espèces différentes, un arbre de gènes (obtenu par une méthode phylogénétique classique), et un arbre phylogénétique pour les n espèces, la "réconciliation" est l’approche la plus courante permettant d’inférer une histoire d’évolution de cette famille par duplications, spéciations et pertes. Le degré de confiance accordé à l’histoire inférée est directement relié au degré de confiance accordé à l’arbre de gènes lui-même. Il est donc important de disposer d’une méthode préliminaire de correction d’arbres de gènes. Ce travail introduit une méthodologie permettant de "corriger" un arbre de gènes : supprimer le minimum de feuilles "mal placées" afin d’obtenir un arbre dont les sommets de duplications (inférés par la réconciliation) sont tous des sommets de "duplications apparentes" et obtenir ainsi un arbre de gènes en "accord" avec la phylogénie des espèces. J’introduis un algorithme exact pour des arbres d’une certaine classe, et une heuristique pour le cas général. / Genes are segments of genomes that code for proteins. Genes of one or more species can be grouped into gene families based on their sequence similarity. In order to determine functional relationships among these multiple gene copies of a family, sequence homology is insufficient as no direct information on the evolution of the gene family by duplication, speciation and loss can be inferred directly from a family of homologous genes. And it is precisely this information that allows us to distinguish between orthologous gene copies, that have evolved by speciation and are more likely to preserve the same function and paralogous gene copies that have evolved by duplication and usually acquire new functions. For a given gene family contained within n species, a gene tree (inferred by typical phylogenetic methods) and a phylogenetic tree of the considered species, reconciliation between the gene tree and the species tree is the most commonly used approach to infer a duplication, speciation and loss history for the gene family. The main criticism towards reconciliation methods is that the inferred duplication and loss history for a gene family is strongly dependent on the gene tree considered for this family. Indeed, just a few misplaced leaves in the gene tree can lead to a completely different history, possibly with significantly more duplications and losses. It is therefore important to have a preliminary method for "correcting” the gene tree, i.e. removing potentially misplaced branches. N. El-Mabrouk and C. Chauve introduced "non-apparent duplications" as nodes that are likely to result from the misplacement of one leaf in the gene tree. Simply put, such a node indicates that one or more triplets contradict the phylogeny given by the species tree. In this work, the problem of eliminating non-apparent duplications from a given gene tree by a minimum number of leaf removals is considered. Depending on the disposition of this type of nodes in the gene tree, the algorithm introduced leads to an O(nlogn) performance and an optimal solution in a best case scenario . The general case however is solved using an heuristic method.

Ce travail de thèse s'inscrit dans la caractérisation des cellules radiorésistantes des cancers du sein, à l'origine des rechutes après traitement par radiothérapie. La théorie des " Cellules Souches Cancéreuses " (CSC) place une sous-population cellulaire présentant une capacité accrue à induire des tumeurs et à proliférer au centre de la résistance à l'irradiation. Au cours de ce travail, nous avons montré que seul le marqueur de CSC CD24-/low permettait de définir une sous population radiorésistante, capable de transmettre une " mémoire " de l'irradiation se traduisant par une instabilité génétique persistante dans la descendance des cellules irradiées. En outre, nous avons montré que CD24 n'est pas uniquement un marqueur, mais bien un acteur de la réponse à l'irradiation. Ainsi, CD24 contrôle la prolifération cellulaire in vitro et in vivo, ainsi que les niveaux de ROS avant et après irradiation. L'ensemble de ces propriétés aboutit à une sensibilité réduite des cellules CD24-/low à l'irradiation γ, ainsi qu'à une baisse de l'instabilité génétique. Ces résultats permettent pour la première fois d'attribuer un rôle aux CSC CD24-/low dans la transmission de l'instabilité chromosomique. De plus, en apportant des informations pour évaluer la radiorésistance intrinsèque des tumeurs mammaires, le marquage CD24 pourrait contribuer à l'amélioration des protocoles de radiothérapie.

Lactobacillus sakei est une bactérie lactique qui fait partie de la flore dominante de la viande. Elle possède un équipement génétique inhabituel chez les bactéries lactiques, dédié à l'utilisation du fer : des transporteurs et 3 régulateurs de transcription fer-dépendants de la famille Fur. Nous avons i) évalué la capacité de L. sakei à utiliser les sources de fer de son environnement en développant une méthode de microanalyse du fer par microscopie (EELS) et spectrométrie de masse (Nano-SIMS), ii) réalisé une étude fonctionnelle des 3 régulateurs Fur-like et iii) réalisé une analyse transcriptomique globale en présence de transferrine ou d'hème. Ce travail a montré que le fer sous forme complexé, transferrine ou hème, était internalisé et améliorait la survie de L. sakei. Nous avons montré que la catalase hème-dépendante n'est pas l'acteur principal de cette survie car un mutant ΔkatA survit comme la souche sauvage en présence d'hème. Nos travaux ont montré aussi que le fer et l'hème induisent des réponses globales différentes. L'hème a un effet protecteur alors que le fer induit plus de stress. Nous avons mis en évidence que les 3 régulateurs Fur-like sont fonctionnellement distincts. Le régulateur Mur est impliqué dans l'homéostasie du manganèse, le PerR régule des gènes impliqués dans la réponse au stress oxydant et le Fur est impliqué dans la séquestration du fer, la morphologie des cellules et la résistance au stress. Cette étude montre que le fer et l'hème conduisent à des réponses cellulaires différentes chez L. sakei et indique que ce métabolisme pourrait être un facteur important pour la compétitivité dans l'écosystème carné.

The import of yeast tRNALys (tRK1) into human mitochondria in the presence of cytosolic extract suggests that human cell possesses machinery for tRK1 import. Here, we show that precursor of mitochondrial lysyl-tRNA synthetase (preKARS2) interact with tRK1 and its derivatives containing tRK1 import determinants, and facilitates their import into isolated mitochondria and in vivo, when preKARS2 was overexpressed or downregulated. tRK1 import efficiency increased upon addition of glycolytic enzyme enolase, previously found as an actor of RNA import in yeast. We found that tRK1 and its derivatives translocate into mitochondrial matrix in polynucleotide phosphorylase (PNPase) dependent manner. Furthermore, a point mutation preventing trimerization of PNPase affect import of 5S rRNA and MRP RNA into mitochondria and subsequently mitochondrial translation. Overexpression of the wild-type PNPase induced an increase of 5S rRNA import into mitochondria and rescued translation.

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié la variabilité (ou stochasticité) de l'expression des gènes en considérant que le signal stochastique que produit cette expression est porteur d'information quant au processus d'expression lui-même. Cette stochasticité de l'expression génique peut être caractérisée par la variation observée du nombre de protéines produites soit entre différentes cellules isogéniques (portant le même génome) à un instant donné, soit au sein d'une même cellule au cours du temps. Dans un premier temps, nous avons montré expérimentalement que le niveau de stochasticité de l'expression d'un gène change suivant son locus (sa position sur le génome). De plus, nous avons montré que, à locus constant, le niveau de stochasticité peut être influencé par des agents modificateurs globaux de l'état chromatinien. Ensuite, nous avons analysé comment la dynamique chromatinienne peut influencer la stochasticité de l'expression génique d'un gène. Pour ce faire, nous avons utilisé une approche de modélisation et simulation que nous avons ensuite confrontée à des données biologiques. L'utilisation d'un modèle à deux états nous a permis de montrer que l'activité du promoteur est caractérisée par de longues périodes durant lesquelles la chromatine empêche la transcription, entrecoupées par de brèves périodes où la transcription est à nouveau rendue possible sous forme de " bursts " de forte intensité. Pour finir, nous avons identifié, par des approches statistiques et par l'utilisation de bases de données génomiques, des éléments caractéristiques de la séquence génomique qui, lorsqu'ils sont présents dans le voisinage d'un gène, peuvent influer sur la stochasticité de celui-ci. Nous avons en particulier montré que, lorsque le gène rapporteur est inséré à proximité d'un autre gène, sa stochasticité augmente de manière significative. Ce travail nous a permis de mettre en évidence un lien entre la dynamique chromatinienne, l'environnement génomique et la stochasticité de l'expression génique. Ce lien offre à la cellule des perspectives évolutives en lui permettant de réguler cette stochasticité, ouvrant ainsi la porte à la sélection d'un niveau approprié de variabilité.

Les sciences de la vie et de la santé sont aujourd'hui au centre d'intérêts scientifiques et économiques. Les aspects économiques sont présidés par le développement de nouveaux outils de diagnostic fiables, reposant sur des mesures parallélisées d'interaction moléculaires au niveau de l'ADN ou des protéines. L'intérêt scientifique est très pluridisciplinaire, car les mécanismes de la vie impliquent des réactions physico-physiques multiples, que l'on aborde avec des technologies nouvelles et des approches de modélisation encore à développer. Dans ce panorama, les micro- et nano-technologies sont appelées à apporter de nouvelles solutions car elles permettent de manipuler des cellules ou des molécules avec une grande précision temporelle et spatiale. Elles sont en outre complémentaires avec les outils classiques de la biologie cellulaire et moléculaire, qui permettent des analyses sur des échantillons de grande dimension. Pourtant les exemples de succès scientifiques à l'interface des sciences de la vie et de la biologie restent plutôt rares. Dans ce manuscrit, nous faisons un tour d'horizon sur l'émergence de nouvelles technologies dédiées à l'analyse du génome. Nous présentons certaines de nos contributions, et proposons quelques pistes pour de futures recherches, principalement focalisées sur l'étude des mécanismes d'instabilité du génome réalisée dans des populations contenant seulement quelques cellules.

Pour mieux saisir les liens complexes entre génotype et phénotype, une méthode utilisée consiste à étudier les relations entre différents éléments biologiques (entre les protéines, entre les métabolites...). Celles-ci forment ce qui est appelé un réseau biologique, que l'on représente algorithmiquement par un graphe. Nous nous intéressons principalement dans cette thèse au problème de la recherche d'un motif (multi-ensemble de couleurs) dans un graphe coloré, représentant un réseau biologique. De tels motifs correspondent généralement à un ensemble d'éléments conservés au cours de l'évolution et participant à une même fonction biologique. Nous continuons l'étude algorithmique de ce problème et de ses variantes (qui admettent plus de souplesse biologique), en distinguant les instances difficiles algorithmiquement et en étudiant différentes possibilités pour contourner cette difficulté (complexité paramétrée, réduction d'instance, approximation...). Nous proposons également un greffon intégré au logiciel Cytoscape pour résoudre efficacement ce problème, que nous testons sur des données réelles.Nous nous intéressons également à différents problèmes de génomique comparative. La démarche scientifique adoptée reste la même: depuis une formalisation d'un problème biologique, déterminer ses instances difficiles algorithmiquement et proposer des solutions pour contourner cette difficulté (ou prouver que de telles solutions sont impossibles à trouver sous des hypothèses fortes)