In this thesis I investigate the effect of amino acid substitutions on secondary structure of proteins. I found that the secondary structure is relatively resistant to mutations, some regions hold the same secondary structure, even though their sequences are very different. Since this effect was observed also for random sequences, I conclude that it is a general property of the amino acid sequence. The particular elements of secondary structures are differentially sensitive to the changes caused by mutations. Protein's sensitivity to mutations depends on the composition of its secondary structure. Some methods of secondary structure prediction are described in the introductory section.

This diploma thesis includes an experimental and a bioinformatic part. The two parts are linked together through the subject of transcription factors of 'forkhead box O' (FOXO) family. FOXO transcription factors have a key role in many cellular processes including cell cycle regulation, apoptosis and metabolism. For a long time, they have been considered strictly as the tumor-suppressors yet a growing number of evidence is pointing out to their pro-tumorigenic role. In consequence FOXO transcription factors are studied intensively as potential therapeutic targets in cancer. In the past decade, in silico prediction of protein-protein interactions has become popular in basic research as well as in drug development. Nonetheless, the predicted structures are still far from fitting to the expected behavior of the respective biomolecules. In the experimental part of this thesis, I verified the interaction of four in silico predicted protein binders based on naturally occurring PDZ domain with FOXO4 using microscale thermophoresis. Non-invasive bladder tumors represent a heterogeneous disease where reliable prediction of tumor aggressiveness is still lacking despite an intensive research. In the bioinformatic part of this thesis, I described the cellular composition of the tumor microenvironment and demonstrated...

Les scandales sanitaires ayant émaillé le médicament ont mis la sécurité d’utilisation au cœur des préoccupations des acteurs de santé. Tout au long de son cycle de vie, le médicament est susceptible d’exposition à des conditions de stress pouvant conduire à sa dégradation et potentiellement, à la modification du rapport bénéfice/risque. Ce problème est d’autant plus marqué en milieu hospitalier où les médicaments en post – AMM sont manipulés pour des besoins spécifiques des patients. Quid de la maîtrise des modifications de leurs microenvironnements ? Etendre son espace de connaissances est admis comme étant le meilleur moyen pour circonscrire ces phénomènes. Dans le cadre de ce projet doctoral, une stratégie d’étude du cycle de vie des médicaments en post – AMM a été mise en place afin de renforcer leur sécurité d’utilisation. Compte tenu de la place prépondérante des formes solides dans l’arsenal thérapeutique, le ticagrelor, un récent antiagrégant plaquettaire (AAP) présenté sous forme de comprimés, a été choisi pour cette étude. La première étape a consisté à l’utilisation des conditions de stress pour évaluer sa stabilité intrinsèque et l’élucidation structurale des produits de dégradations grâce au couplage LC-HR-MSn donnant accès aux compositions élémentaires. Les voies de dégradation ont été proposées et la sécurité des produits a été évaluée grâce à l’approche in silico. Par ailleurs, compte tenu de l’utilisation des AAP en association, dans la seconde partie de ce travail, l’extension de l’espace de connaissances du ticagrelor a permis d’envisager une stratégie de préformulation avec l’aspirine à l’état solide en utilisant des techniques complémentaires comme la LC-HR-MSn, la DSC, la DRX ou l’ATG. La formation d’un simple eutectique a été observée avec le mélange des deux principes actifs. Nous avons démontré que la dégradation du ticagrelor est liée à la décomposition de l’aspirine, modulée par les conditions environnementales. Le modèle d’étude du ticagrelor ouvre clairement des perspectives sur la maîtrise de la sécurité en l’élargissant à d’autres médicaments et pourra contribuer à leur recyclage approprié. / Tragedies caused by the misuse of pharmaceuticals have put the drug safety at the core of the concerns of healthcare providers. Throughout its life cycle, a drug may be subjected to environmental stresses, which can lead to its degradation. Thorough understanding about the susceptibility of a drug to degrade is an essential step to avoid it. This problem is in particular relevant in a hospital setting, where commercial drugs are usually applied to specific cases without a clear understanding of its limitations. As part of this PhD project, a life cycle study strategy for a commercial drug has been implemented in order to increase its safety in use. Given the prominence of solid forms in the therapeutic arsenal, ticagrelor, a recent antiplatelet agent (APA) in tablet form, was chosen for this study. The first step was devoted to the evaluation of the intrinsic stability and the structural elucidation of the degradation products making use of LC-HR-MSn, providing access to the elemental composition. Degradation pathways have been proposed and the safety of the products has been evaluated via an in silico toxicological approach. Furthermore because antiplatelet agents are often used in combination therapy, in the second part, a preformulation strategy with aspirin in the solid state has been studied using the complementary techniques LC-HR-MSn, DSC, PXRD, and TGA. The mixture of the two active pharmaceutical ingredients gave rise to a simple eutectic. We have demonstrated that the degradation of ticagrelor in these mixtures is closely related to the stability of aspirin, which is modulated by environmental conditions. The ticagrelor study provides a model for the safety management of other drugs and can contribute to their appropriate recycling.

Depuis le 11 juillet 2013, date d’application du Règlement cosmétique (CE) No 1223/2009, les metteurs sur le marché sont dans l’obligation de mentionner sur leurs produits la Date de Durabilité Minimale (DDM), ou si celle-ci excède 30 mois, la Période Après Ouverture (PAO). L’estimation de ces dates n’est pas encadrée réglementairement. Cosmetics Europe, l’Agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé, le Comité scientifique pour la sécurité du consommateur ou encore la Commission Européenne proposent des lignes directrices, mais les conditions d’étude pour la détermination de la DDM et de la PAO restent encore à l’appréciation de la personne responsable de la commercialisation du produit. L’objectif de ce travail était d’étudier les conditions nécessaires à la mise en place d’un protocole de mesure de la stabilité d’émulsions cosmétiques, permettant de déterminer la DDM du produit de manière fiable et rapide. Pour cela, une approche expérimentale sur une émulsion représentative de l’industrie cosmétique a été menée. L’évolution des paramètres organoleptiques, physico-chimiques et microbiologiques a été évaluée, en accéléré (température augmentée) et en temps réel. Une approche statistique a montré que les propriétés sensorielles évoluent différemment en fonction de la température et du matériau dans lequel l’émulsion est stockée. L’établissement d’un modèle de correspondance entre le vieillissement en conditions réelles et en conditions accélérées a pu être proposé pour certains paramètres physico-chimiques. Les études de microbiologie se sont tout d’abord concentrées sur la validation d’une méthode commerciale, alternative au dénombrement des germes aérobies totaux encadré par la norme ISO 21149, pour une application dans le domaine cosmétique. Après validation, la méthode a été utilisée comme un outil simple, rapide et économique pour le suivi de la stabilité microbiologique de l’émulsion de référence. La dégradation des conservateurs et de l’antioxydant présents dans la formule de référence a été suivie par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). Ce suivi a permis de mettre en évidence l’effet probable de la lumière sur la dégradation des actifs de l’émulsion. A ces tests ont été associés une stratégie analytique visant à étudier la photostabilité de l’émulsion. Les études ont porté sur deux molécules : l’acide déhydroacétique et l’alpha-tocophérol. La stratégie a permis de caractériser les mécanismes impliqués dans les réactions de photodégradation. La chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse multi-étapes (GC-MSn) et la chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution en tandem (LC-HR-MS/MS) ont été utilisées pour la séparation et l'identification structurale des photoproduits. La détection des photoproduits majoritaires dans l’émulsion de référence, après irradiation UV-visible, montre la possible formation des photoproduits dans une matrice complexe de type émulsion huile/eau. Les résultats des tests de toxicité, in silico et/ou in vitro, ont démontré l’importance de prendre en compte la formation éventuelle de photoproduits dans l’évaluation de la sécurité d’un produit cosmétique. / According to Cosmetic Regulation 1223/2009, implemented in July 2013, the manufacturer must mention the Date of Minimum Durability (DMD), or if DMD exceeds 30 months, the Period After Opening (PAO) on the product packaging. At the present time, no text regulates the procedures applicable to the validation of a DMD or a PAO. Some guidelines are published by Cosmetics Europe, the National Agency for the safety of medicines and health products, the Scientific Committee for consumer safety, or the European Commission; but the evaluation remains at the discretion of the person responsible for marketing the product. In this context, this work proposes recommendations to establish a stability protocol in order to quickly determine the DMD. Experimental approaches on an emulsion representative of the major category in the cosmetics industry have been established. Organoleptic, physicochemical and microbiological stabilities were evaluated. The emulsion stability has been tested in accelerated conditions and in real time. A statistical approach has been proposed to evaluate the product shelf life according to its organoleptic properties. The sensory properties of the cosmetic emulsion changed differently depending on the temperature and the material in which it has been stored. A mathematical correlation between the results of studies under normal and those obtained under accelerated conditions has been proposed for some parameters. A microbiological study focused on the validation of a commercially available method, alternative to total count of aerobic microorganisms, normed by the ISO 21149 for cosmetic application. Once validated, this method has been used as an economical, quick and easy tool to evaluate the microbiological stability of cosmetic emulsions. Gas chromatography coupled with mass spectrometry was used to follow the degradation of antioxidant and preservatives. To take into account the photostability of the emulsion, an analytical strategy was proposed to identify the mechanisms involved in phototransformation reactions. The study focused on two molecules: dehydroacetic acid and alpha-tocopherol. Both gas chromatography coupled with tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) and liquid chromatography coupled with ultrahigh resolution mass spectrometry (LC-UHR-MS) were used for the separation and the structural identification of photoproducts. The main photoproducts were detected in the reference emulsion after UV-visible irradiation, thus showing the possible formation of photoproducts in a complex oil/water emulsion. Both in silico and in vitro toxicity tests highlighted the need for taking into account the potential formation of photoproducts in the safety evaluation of a cosmetic product.

According to the REACH regulation chemicals produced or imported to the European Union need to be assessed to manage the risk of potential hazard to human health and the environment. An increasing number of chemicals in commerce prompts the need for utilizing faster and cheaper alternative methods for this assessment, such as quantitative structure-activity or property relationships (QSARs or QSPRs). QSARs and QSPRs are models that seek correlation between data on chemicals molecular structure and a specific activity or property, such as environmental fate characteristics and (eco)toxicological effects. The aim of this thesis was to evaluate and develop models for the hazard assessment of industrial chemicals and the exposure assessment of pharmaceuticals. In focus were the identification of chemicals potentially demonstrating carcinogenic (C), mutagenic (M), or reprotoxic (R) effects, and endocrine disruption, the importance of metabolism in hazard identification, and the understanding of adsorption of ionisable chemicals to sludge with implications to the fate of pharmaceuticals in waste water treatment plants (WWTPs). Also, issues related to QSARs including consensus modelling, applicability domain, and ionisation of input structures were addressed. The main findings presented herein are as follows: QSARs were successful in identifying almost all carcinogens and most mutagens but worse in predicting chemicals toxic to reproduction. Metabolic activation is a key event in the identification of potentially hazardous chemicals, particularly for chemicals demonstrating estrogen (E) and transthyretin (T) related alterations of the endocrine system, but also for mutagens. The accuracy of currently available metabolism simulators is rather low for industrial chemicals. However, when combined with QSARs, the tool was found useful in identifying chemicals that demonstrated E- and T- related effects in vivo. We recommend using a consensus approach in final judgement about a compound’s toxicity that is to combine QSAR derived data to reach a consensus prediction. That is particularly useful for models based on data of slightly different molecular events or species. QSAR models need to have well-defined applicability domains (AD) to ensure their reliability, which can be reached by e.g. the conformal prediction (CP) method. By providing confidence metrics CP allows a better control over predictive boundaries of QSAR models than other distance-based AD methods. Pharmaceuticals can interact with sewage sludge by different intermolecular forces for which also the ionisation state has an impact. Developed models showed that sorption of neutral and positively-charged pharmaceuticals was mainly hydrophobicity-driven but also impacted by Pi-Pi and dipole-dipole forces. In contrast, negatively-charged molecules predominantly interacted via covalent bonding and ion-ion, ion-dipole, and dipole-dipole forces. Using ionised structures in multivariate modelling of sorption to sludge did not improve the model performance for positively- and negatively charged species but we noted an improvement for neutral chemicals that may be due to a more correct description of zwitterions.   Overall, the results provided insights on the current weaknesses and strengths of QSAR approaches in hazard and exposure assessment of chemicals. QSARs have a great potential to serve as commonly used tools in hazard identification to predict various responses demanded in chemical safety assessment. In combination with other tools they can provide fundaments for integrated testing strategies that gather and generate information about compound’s toxicity and provide insights of its potential hazard. The obtained results also show that QSARs can be utilized for pattern recognition that facilitates a better understanding of phenomena related to fate of chemicals in WWTP. / Enligt kemikalielagstiftningen REACH måste kemikalier som produceras i eller importeras till Europeiska unionen riskbedömas avseende hälso- och miljöfara. Den ökande mängden kemikalier som används i samhället kräver snabbare och billigare alternativa riskbedömningsmetoder, såsom kvantitativa struktur-aktivitets- eller egenskapssamband (QSARs eller QSPRs). QSARs och QSPRs är datamodeller där samband söks korrelationer mellan data för kemikaliers struktur-relaterade egenskaper och t.ex. kemikaliers persistens eller (eko)toxiska effekter. Målet med den här avhandlingen var att utvärdera och utveckla modeller för riskbedömning av industri kemikalier och läkemedel för att studera hur QSARs/QSPRs kan förbättra riskbedömningsprocessen. Fokus i avhandlingen var utveckling av metoder för identifiering av potentiellt cancerframkallande (C), mutagena (M), eller reproduktionstoxiska (R) kemikalier, och endokrint aktiva kemikalier, att studera betydelsen av metabolism vid riskbedömning och att öka vår förståelse för joniserbara kemikaliers adsorption till avloppsslam. Avhandlingen behandlar även konsensusmodellering, beskrivning av modellers giltighet och betydelsen av jonisering för kemiska deskriptorer. De huvudsakliga resultaten som presenteras i avhandlingen är: QSAR-modeller identifierade nästan alla cancerframkallande ämnen och de flesta mutagener men var sämre på att identifiera reproduktionstoxiska kemikalier. Metabolisk aktivering är av stor betydelse vid identifikationen av potentiellt toxiska kemikalier, speciellt för kemikalier som påvisar östrogen- (E) och sköldkörtel-relaterade (T) förändringar av det endokrina systemet men även för mutagener. Träffsäkerheten för de tillgängliga metabolismsimulatorerna är ganska låg för industriella kemikalier men i kombination med QSARs så var verktyget användbart för identifikation av kemikalier som påvisade E- och T-relaterade effekter in vivo. Vi rekommenderar att använda konsensusmodellering vid in silico baserad bedömning av kemikaliers toxicitet, d.v.s. att skapa en sammanvägd förutsägelse baserat på flera QSAR-modeller. Det är speciellt användbart för modeller som baseras på data från delvis olika mekanismer eller arter. QSAR-modeller måste ha ett väldefinierat giltighetsområde (AD) för att garantera dess pålitlighet vilket kan uppnås med t.ex. conformal prediction (CP)-metoden. CP-metoden ger en bättre kontroll över prediktiva gränser hos QSAR-modeller än andra distansbaserade AD-metoder. Läkemedel kan interagera med avloppsslam genom olika intermolekylära krafter som även påverkas av joniseringstillståndet. Modellerna visade att adsorptionen av neutrala och positivt laddade läkemedel var huvudsakligen hydrofobicitetsdrivna men också påverkade av Pi-Pi- och dipol-dipol-krafter. Negativt laddade molekyler interagerade huvudsakligen med slam via kovalent bindning och jon-jon-, jon-dipol-, och dipol-dipol-krafter. Kemiska deskriptorer baserade på joniserade molekyler förbättrade inte prestandan för adsorptionsmodeller för positiva och negativa joner men vi noterade en förbättring av modeller för neutrala substanser som kan bero på en mer korrekt beskrivning av zwitterjoner. Sammanfattningsvis visade resultaten på QSAR-modellers styrkor och svagheter för användning som verkyg vid risk- och exponeringsbedömning av kemikalier. QSARs har stor potential för bred användning vid riskidentifiering och för att förutsäga en mängd olika responser som krävs vid riskbedömning av kemikalier. I kombination med andra verktyg kan QSARs förse oss med data för användning vid integrerade bedömningar där data sammanvägs från olika metoder. De erhållna resultaten visar också att QSARs kan användas för att bedöma och ge en bättre förståelse för kemikaliers öde i vattenreningsverk.

In silico experimentation is the process of using computational and statistical models to predict medicinal properties in chemicals; as a means of reducing lab work and increasing success rate this process has become an important part of modern drug development. There are various ways of representing molecules - the problem that motivated this paper derives from collecting substructures of the chemical into what is known as fractional representations. Assembling large sets of molecules represented in this way will result in sparse data, where a large portion of the set is null values. This consumes an excessive amount of computer memory which inhibits the size of data sets that can be used when constructing predictive models.In this study, we suggest a set of criteria for evaluation of random forest implementations to be used for in silico predictive modeling on sparse data sets, with regard to computer memory usage, model construction time and predictive accuracy.A novel random forest system was implemented to meet the suggested criteria, and experiments were made to compare our implementation to existing machine learning algorithms to establish our implementation‟s correctness. Experimental results show that our random forest implementation can create accurate prediction models on sparse datasets, with lower memory usage overhead than implementations using a common matrix representation, and in less time than existing random forest implementations evaluated against. We highlight design choices made to accommodate for sparse data structures and data sets in the random forest ensemble technique, and therein present potential improvements to feature selection in sparse data sets. / Program: Systemarkitekturutbildningen

La porphyrie aiguë intermittente (PAI) est la plus fréquente des porphyries hépatiques aiguës. Elle est décrite comme une maladie autosomique dominante dont le trait génétique est estimé à 1/1675 en France avec une pénétrance faible et variable allant de 10% à 50% dans les familles connues de PAI. La PAI est due à des mutations réduisant le niveau d’activité de l’hydroxyméthylbilane-synthase (HMBS). Son déficit entraîne l’accumulation de précurseurs neurotoxiques responsables de la symptomatologie clinique. Dans le foie, la synthèse d’hème est contrôlée par l’enzyme ALA-Synthétase 1 (ALAS1) dont l’activité est régulée par un rétrocontrôle négatif par le produit final : l’hème. Le traitement consiste à freiner l’induction d’ALAS1 induit par la carence en hème, par l’administration d’hème exogène. Ce traitement de la crise aiguë est très efficace mais génère rapidement une dépendance physique avec apparition de crises récurrentes nécessitant l’administration chronique d’hème exogène. L’objectif principal de ce projet a été d’étudier les mécanismes physiopathologiques et génétiques liés à cette pathologie afin de traiter et conseiller au mieux les patients. Une partie du projet a consisté à explorer les facteurs génétiques modulateurs de la pénétrance de la maladie. Tout d’abord, une prévalence minimale du trait génétique dans la population générale a été estimée à 1/1299 permettant d’en déduire une pénétrance de l’ordre de 1% alors que celle dans les familles PAI suivies par le CFP est estimée à 22,9 %. Ensuite, concernant les facteurs pouvant expliquer cette différence, la présence d’une mutation type non-sens est plus fréquemment associée aux formes sévères et à une pénétrance plus élevée. De plus, les études de corrélation et d’héritabilité suggèrent plutôt une transmission de type oligogénique associée à des facteurs épigénétiques modulateurs de la pénétrance dont le facteur environnemental. Une autre partie a consisté à explorer les effets de l’administration d’hème exogène sur les patients et un modèle murin de PAI créé génétiquement. Chez l’homme, le traitement est associé à une augmentation des formes chroniques (1,7 % avant vs 7,5 % après l’introduction du celui-ci). Dans le modèle murin de PAI, les injections intrapéritonéales répétées induisent une augmentation paradoxale d’ALAS1 (3 fois), une augmentation de l’hème oxygénase 1 qui catabolise l’hème (HMOX1, 9 fois) ainsi que des voies de l’inflammation (analyse transcriptomique et protéomique hépatique) et une surcharge en fer. De plus, cette administration induit une altération des complexes de la chaine respiratoire mitochondriale responsable d’anomalies du métabolisme énergétique au niveau hépatique, cérébral et musculaire pouvant expliquer la symptomatologie neuroviscérale. En conclusion, ce travail a permis d’explorer les caractéristiques génétiques de la maladie (prévalence, pénétrance) en remettant en cause le mode de transmission autosomique dominant jusqu’ici admis, et d’explorer les mécanismes physiopathologiques associées à l’administration d’hème exogène faisant de cette thérapeutique un pharmakon / The biosynthesis of porphyrins is one of the most conserved pathways known. By associating different metals, porphyrins give rise to the "pigments of life". The formation of haem is accomplished by a sequence of eight dedicated enzymes encoded by different genes, some being active in ubiquitous as well as in erythroid isoforms. In humans, the genes for each of the haem synthetic enzymes may become the target of mutations that give rise to an impaired cellular enzyme activity called porphyrias. The acute porphyrias are characterized by attacks of neuropsychiatric symptoms, which may be due to a toxic surplus of the porphyrin precursor 5-aminolevulinic acid, or a consequence of a deficit of vital hemoproteins. Mutations of the gene encoding the third enzyme: hydroxymethylbilane synthase, are associated with the most frequent type of acute hepatic porphyria, acute intermittent porphyria. AIP is thought to display autosomal dominant inheritance with incomplete penetrance. In the classical form of AIP, HMBS activity is about 50% lower than normal in all tissues. These levels of activity in basal conditions are not sufficiently low to cause symptoms. However, factors increasing hepatic heme demand, resulting in an upregulation of hepatic aminolevulinate synthase (ALAS1, the first enzyme of the heme biosynthesis pathway), precipitate acute attacks. The treatment of the attack of AIP consists to repress ALAS1 and restores metabolic equilibrium. But this treatment leads side effects and dependency. The pathophysiological mechanism of the disease is partially known and difficult to explore because there is not an AIP model or prediction model of porphyrogenicity. We aimed to obtain further insight into the pathophysiological mechanism of AIP and into the genetic (prevalence and penetrance) of AIP, and the contribution of genetic factors to the variable clinical expression of HMBS mutations.We first calculated the penetrance of HMBS mutations in AIP patients seen at the French reference center for porphyria: 22.9%. We then used the Exome Variant Server (EVS) to estimate the prevalence of deleterious HMBS mutations in the general population: 1/1299; and the penetrance of the AIP genetic trait in France: 1%. Finally, we investigated further the genetic factors underlying the penetrance of AIP by analyzing genotype/phenotype correlations, and the pattern of familial correlations for the symptoms of the acute crises of AIP. Intrafamily correlation studies showed correlations to be strong overall and modulated by kinship and the era in which the person was living, demonstrating strong influences of genetic and environmental modifiers on inheritance suggesting that AIP inheritance does not follow the classical autosomal dominant model. Null alleles were associated with a more severe phenotype and a higher penetrance than for other mutant alleles.On the other hand, we explored the effect of heme administration. In human, the introduction of hemin into the pharmacopeia has coincided with a 4.4-fold increase in the prevalence of chronic patients. We show that repeated hemin infusions in mice trigger a high level heme oxygenase 1 response, induce a pro-oxidative iron accumulation, a complex pattern of liver inflammation with macrophage infiltration and an alteration of oxidative phosphorylation

Les protéines sont synthétisées essentiellement à partir d'acides aminés L. Cependant, les acides aminés D sont naturellement présents dans notre organisme. Il existe plusieurs mécanismes de régulation pour limiter leur présence. Il peut y avoir un intérêt bio-technologique à introduire des acides aminés D dans les protéines pour leur conférer des fonctions chimiques nouvelles. Les protéases, chargées de dégrader les peptides, reconnaissent moins bien les protéines possédant de tels acides aminés. Dans notre cas, présenter la tyrosine sous son énantiomère D donnerait un avantage par rapport aux protéases. En effet, un peptide qui aurait des acides aminés D, resterait plus longtemps actif dans un organisme. La tyrosyl-ARNt synthétase (TyrRS) a déjà été utilisée pour l'incorporation de plus d'une trentaine d'analogues de la tyrosine dans les protéines. Cette enzyme possède déjà une activité naturelle pour la D-tyr, mais celle ci est très faible. L'objectif du présent travail est de l'améliorer par une méthode d'évolution dirigée iin silico. Cette méthode consiste à muter aléatoirement une protéine puis à sélectionner les mutants qui ont les propriétés désirées, mimant les mécanismes de l'évolution naturelle. L'évolution dirigée textit{in silico} a déjà été utilisée pour l'ingénierie d'un grand nombre de protéines. On utilise pour cette étude le programme d'évolution dirigée développé au laboratoire qui procède à une optimisation itérative de la séquence et de la structure. Des mutations ont été retenues par cette méthode et proposées aux expérimentalistes du laboratoire de biochimie pour des validations expérimentales. Ils ont conclut que plusieurs mutants présentent une activité faible mais mesurable pour la D-Tyrosine. L'étude a été étendue à d'autres résidus proches de l'ammonium de la L-Tyr. Nous avons identifié d'autres positions qui pourraient être intéressantes à muter. L'étude, faite dans un premier temps avec le ligand tyrosine, a été ensuite améliorée en considérant le ligand Tyrosyl adénylate (tyrAMP). C'est l'intermédiaire qui va interagir avec l'ARNt pour former l'ARNt-Tyr . Le L-TyrAMP et le D-TyrAMP ont tous deux été modélisés avec la TyrRS d'Escherichia coli. Toutes ces modélisations ont conduit à une liste de séquences mutantes qui ont été prédites comme favorables à la liaison du D-TyrAMP. Chacune des séquences obtenues pour les deux synthétases a ensuite fait l'objet d'une étude plus approfondie visant à déterminer la spécificité pour le ligand D-TyrAMP. Suite à cela, nous avons sélectionné une dizaine de séquences de TyrRS mutantes d'Escherichia coli afin de réaliser des calculs de dynamique moléculaire. Nous avons utilisé les ressources du super calculateur du CINES (Centre Informatique Nationale de l'Education Supérieur) pour faire des études de dynamique moléculaire. Une meilleure estimation de l'affinité de ces différents mutants pour le D-TyrAMP a été atteinte. Un autre but de la thèse était d'améliorer notre protocole de Protein Design en adoptant un champ de force tout atome et un modèle de solvant plus sophistiqué. Pour le solvant, le modèle de Born généralisé que nous avons implémenté dans le protocole est basé sur la théorie de Poisson-Boltzmann, avec un continuum diélectrique qui entoure la protéine. Les validations sur des peptides tests ont été concluantes. L'évolution dirigée de la TyrRS de Bacillus Stearothermophilus sert de validation à ce protocole car des mesures expérimentales pour une quinzaine de mutants sont disponibles.

Megasatellites are polymorphic tandem repetitive sequences with repeat-units longer than or equal to 1000 base pairs. The novel algorithm Megasatfinder predicts megasatellites in the human genome. A structured method of analysing the algorithm is developed and conducted. The analysis method consists of six test scenarios. Scripts are created, which execute the algorithm using various parameter settings. Three nucleotide sequences are applied; a real sequence extracted from the human genome and two random sequences, generated using different base probabilities. Usability and accuracy are investigated, providing the user with confidence in the algorithm and its output. The results indicate that Megasatfinder is an excellent tool for the detection of megasatellites and that the generated results are highly reliable. The results of the complete analysis suggest alterations in the default parameter settings, presented as user guidelines, and state that artificially generated sequences are not applicable as models for real DNA in computational simulations.

L'infection au papillomavirus humain (HPV) est connue pour être le principal facteur causal d'une série de maladies aussi bien bénignes (condylomatose ano-génitale, papillomatose lyringée, et autres) que malignes (cancer du col de l'utérus, certains cancers ORL, et autres). Deux vaccins prophylactiques (Gardasil® et Cervarix®) sont sur la marché depuis à peu près quatre ans pour prévenir cette infection. Le présent travail de thèse comportait trois objectifs principaux : i) étudier in-silico l'immunogénicité du vaccin Gardasil® ; ii) étudier in-silico l'histoire naturelle d'une infection à HPV et iii) évaluer in-silico le potentiel de l'hypothèse thérapeutique suivante : l'administration intramusculaire du vaccin Gardasil® chez des patients atteints d'une papillomatose laryngée induirait un effet bénéfique car l'arrivée des immunoglobulines au tissu affecté empêcherait l'HPV de compléter son cycle de vie et, par conséquent, la maladie de se propager. Les principales conclusions sont : i) pour qu'une papillomatose laryngée ne s'étende pas il faudrait, d'après nos simulations, que le taux d'IgGs sériques soit maintenu au-dessus de 200 mMU/mL ; ii) pour rester, sur une période de 10 ans, le plus longtemps possible au-dessus de ce seuil (d'effet thérapeutique), en administrant la quantité minimale de vaccin, il faudrait, d'après nos simulations, suivre le protocole suivant : l'immunisation de base (à 0, 2 et 6 mois), suivie de trois rappels successifs tous les six mois jusqu'au 24ème mois, suivis d'un rappel 18 mois plus tard ; iii) par ailleurs, il semble inutile (voire contreproductif), d'après nos simulations, de modifier le schéma traditionnel de base (0-2-6 mois)