Les bactéries à Gram négatif sont entourées par une enveloppe cellulaire qui, contrairement aux bactéries à Gram positif, possèdent une organisation membranaire complexe composée d’une membrane interne appelée généralement membrane cytoplasmique, un espace périplasmique contenant une matrice de peptidoglycane et une membrane externe asymétrique constituée d’une monocouche de phospholipides surmontée d’une assise de lipopolysaccharide (LPS). Afin de franchir cette barrière, les bactéries à Gram négatif ont développé différentes voies de sécrétions spécifiques dédiées à l’export des protéines (effecteurs) du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire. Jusqu'à présent, six systèmes de sécrétion ont été identifiés chez ces bactéries. Chez Pseudomonas aeruginosa, une bactérie pathogène opportuniste, le système de sécrétion de type II appelé aussi sécréton Xcp constitue l’un des facteurs principales de sa virulence. Le sécréton Xcp est un complexe macromoléculaire formé par 12 protéines, nommées XcpAO et XcpPC-XcpZM. Ce complexe macromoléculaire est organisé en trois sous-complexes : i) une plateforme d’assemblage ancrée dans la membrane interne formé par les protéines XcpRESFYLZM ii) un pore de sécrétion localisé dans la membrane externe formé par l’oligomérisation d’une protéine appelé la sécrétine XcpQD. Le pore de sécrétion est connecté à la plateforme de la membrane interne par une protéine appelée XcpPC iii) un pseudopilus périplasmique sous forme de fibre hélicoïdale qui est formé par la multimérisation d’une protéine appelée la pseudopiline majeure XcpTG. D’autres protéines appelées les pseudopilines mineures XcpUH-VI-WJ-XK intègrent le pseudopilus. La première partie du travail effectué au cours de cette thèse a eu pour but d’étudier et de comprendre par des approches structurales, biochimiques et biophysiques le mécanisme d’assemblage des pseudopilines en pseudopilus. La deuxième partie de ce travail a porté sur l’étude des réseaux d’interactions entre les substrats sécrétés et les composants de la machinerie Xcp. Durant cette thèse, nous avons ainsi i) identifier grâce à l’étude des interactions protéine-protéine l’existence d’un complexe quaternaire entre les pseudopilines mineures XcpUH-VI-WJ-XK localisées au sommet du pseudopilus ii) déterminer les structures de la pseudopiline majeure XcpTG par RMN et de la pseudopiline mineure XcpWJ par cristallographie aux rayons X iii) déterminer les différents éléments du sécréton qui interagissent avec les exoprotéines du sécréton. Ce réseau d’interaction nous a permis de proposer un modèle de fonctionnement du sécréton qui élucide le cheminement des exoprotéines dans le sécréton afin qu’elles soient exportées vers le milieu extracellulaire. / Gram-negative bacteria are characterized by a complex organization of their cell envelope composed by the inner membrane (IM) called cytoplasmic membrane, the periplasmic space containing a peptidoglycan layer and the outer membrane (OM) covered by the lipopolysaccharide matrix. Gram-negative bacteria have evolved several specialized machines called secretion systems to export their effectors from the intracellular medium to the extracellular milieu or to the host cells. Up to now, at least six secretion systems have been identified. In the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa, the type II secretion system called the Xcp secreton is the major pathway for the release of virulence factors. The Xcp secreton is a macromolecular complex composed by 12 proteins called XcpAO, XcpPC-XcpZM. This machinery is organized in 3 sub-complexes: i) the assembly platform localized in the IM implicating XcpRESFYLZM proteins ii) the OM pore composed by the oligomerization of the secretin XcpQD. The connection between the assembly platform and the secretin is performed by XcpPC anchored in the IM iii) a periplasmic pseudopilus consisting of the multimerization of the so-called major pseudopilin XcpTG. The pseudopilus is a helicoidally filament spanning the periplasmic area and pushing the substrate into the secretin pore. Four other proteins, the minor pseudopilins XcpUH-VI-WJ-XK, were found in the pseudopilus. In the present work we first focused on the study of the pseudopilus components by biochemical, biophysical and structural strategies to understand their assembly. Secondly, we investigate the protein interactome between periplasmic secreton component and secreted substrates. Thus, we revealed the presence of a quaternary complex composed by XcpUH-VI-WJ-XK located at the tip of the pseudopilus. To understand at atomic scale the regulation of the pseudopilus, we determined the structure of two components of the pseudopilus XcpTG by NMR and XcpWJ by X-ray crystallography. Using systematic protein-protein interaction studies between secreton components and purified exoproteins of Pseudomonas aeruginosa, we identified 5 proteins of the secreton able to interact with exoproteins. This interaction network allowed us to propose a model for the secretion process including the sequential steps followed by exoproteins inside the secreton to leave the cell envelop.

Selon nous, la face cachée des Rougon-Macquart réside dans l’articulation de deux histoires : l’une légitime, affichée, déclarée - l’histoire naturelle et sociale d’une famille sous le Second Empire - l’autre cachée, illégitime, non déclarée - l’histoire culturelle et intellectuelle également sous le Second Empire. Cette histoire a culturelle a pu être mise en place car elle repose sur les deux aspects développés par cet auteur : l’aspect social en découpant la société en cinq mondes et l’aspect naturel ou héréditaire (la reproduction). En effet, avec cette histoire culturelle, nous retrouvons ce même découpage en cinq mondes : le monde des arts et des lettres, le monde des sciences, le monde des sciences humaines, le monde de l’information et de la communication et un monde à part (la mythologie et la religion). Cette histoire culturelle a également été envisagée sous l’angle de la reproduction textuelle et non plus sexuelle avec la mise en place d’une véritable machinerie à reproduire les textes-sources (ou textes insérés). La bande-reproductrice ou la bande-annonce qui définit le type de texte ; l’annonce (ou le texte reproduit). Le roman expérimental résiderait davantage dans la mise en place de cette autre histoire qui, de manière souterraine, a permis à Zola de réfléchir sur les différentes méthodes de composition et d’écriture qu’impliquent cette reproduction textuelle comme l’acte de reproduire. Si nous avons défini ces cinq mondes culturels , nous nous sommes davantage attachées à étudier le monde de l’information et de la communication, et en particulier le monde journalistique. Une telle approche nécessite sa prise en compte pour redéfinir tant l’esthétique zolienne que naturaliste. / According to our view, the hidden of the Rougon-Macquart lies in expression of two histories : a legitimate one, which is stated, declared – the natural and social history of family under the Second Empire – and the other one, which is hidden, illegitimate and undeclared – the cultural and intellectual history under the Second Empire as well. The set up of this cultural history was made possible because it relies on the two aspects developpedby this autor :the social aspect by dividing society into five worlds and the natural or hereditary one (reproduction). Indeed, with this cultural history, wie find the same division :the world of Arts and literature, the world of sciences, the world of human sciences, the world of information and of communication and a world apart (mythology and religion). This cultural history was also considered from the angle of textual reproduction, and not fromthe angle of sexual reproduction with the setting up of an authenthic machinery able to reproduce the source texts (or inserted texts). This machinery includes an announcer or reproducer, the announce or reproduction verb in charge of defining the source text ; the reproductive or announcing substance which definies the sort of text ; the announce (or the reproduced text).The experimental novel would more streuously reside in the setting up of this other history which in an underlying way enabled Zola to ponder on the different compsition and writing methods wich this textual reproduction involves as the act of reproducing. If we have defined these five cultural worlds, we have even more studied the world ofinformation and of communication, and the journalistic world in particular. This sort of approach requieres to take it into account in order to redefine Zola’s and Naturalim’s aesthetics.

La maladie de Parkinson (MP) est une affection neurodégénérative fréquente d’étiologie inconnue, touchant environ 5% de la population mondiale après 80 ans. Environ 10% des cas correspondent à des formes familiales à transmission mendélienne. Pendant longtemps, un dysfonctionnement mitochondrial a été soupçonné jouer un rôle dans la physiopathologie de la MP. Cette possibilité a été récemment corroborée par des découvertes majeures réalisées dans le cadre des formes autosomiques récessives. Parkine et PINK1, les produits de deux gènes associés à ces formes familiales, participent au sein d’une même voie moléculaire au contrôle de la qualité mitochondriale, par la régulation du transport, de la dynamique, de la biogenèse et de la clairance de ces organites.L’objectif de ce travail a été d’élucider certains des mécanismes moléculaires sous-jacents à la régulation de l’homéostasie mitochondriale par Parkine et PINK1. Nous avons utilisé un ensemble d’approches de biologie moléculaire et cellulaire, de biochimie et de microscopie confocale, afin d’identifier et de caractériser des interacteurs moléculaires de Parkine et PINK1 à la membrane mitochondriale externe (MME).Dans la première partie de ce travail, nous avons découvert que la Parkine et PINK1 s’associent sur la MME de mitochondries dysfonctionnelles à proximité de la translocase de la MME (TOM), un complexe dédié à l’import de la grande majorité des protéines mitochondriales. Nous avons montré que ces interactions protéiques jouent un rôle clé dans l’activation du programme de dégradation mitochondriale régulé par la voie PINK1/Parkine. Nous avons également observé que la GTPase de type dynamine Drp1, impliquée dans la fission mitochondriale, est recrutée au niveau de mitochondries endommagées à proximité de Parkine et PINK1 ; ainsi, les processus de fission et de dégradation mitochondriales pourraient être spatialement coordonnés. Dans la deuxième partie de ce projet, nous avons caractérisé l’interaction fonctionnelle entre la Parkine et l’enzyme neuroprotectrice multifonctionnelle de la matrice mitochondriale, 17B-hydroxystéroïde déshydrogénase de type 10 (HSD17B10), dont les taux s’étaient révélés être diminués chez la souris déficiente en Parkine. Nous avons mis en évidence un effet protecteur d’HSD17B10 vis-à-vis de la mitochondrie qui était indépendant de son activité catalytique. Nous avons de plus montré que la Parkine interagit directement avec HSD17B10 à proximité de la machinerie TOM et qu’elle régule positivement l’abondance mitochondriale de cette protéine ; cela suggère qu’elle pourrait promouvoir son import.Dans l’ensemble, ces résultats approfondissent notre connaissance des mécanismes moléculaires mis en jeu par la Parkine et PINK1 dans le contrôle de la qualité mitochondriale, élargissant ainsi notre compréhension de leur rôle dans la physiopathologie des formes autosomiques récessive de MP. / Parkinson’s disease (PD) is a common neurodegenerative disorder of unknown etiology, affecting nearly 5% of the world population over the age of 80. Nearly 10% of PD cases are familial forms with Mendelian inheritance pattern. Mitochondrial dysfunction has long been suspected to play a role in the physiopathology of sporadic PD. This possibility has been recently corroborated by major discoveries in the field of autosomal recessive PD. Parkin and PINK1, the products of two genes associated with these forms, participate in a common molecular pathway focused on maintenance of mitochondrial quality, with roles in mitochondrial transport, dynamics, biogenesis and clearance.The aim of this work was to elucidate some of the molecular mechanisms underlying the regulation of mitochondrial homeostasis by Parkin and PINK1. We used a combination of approaches in molecular and cell biology, biochemistry and confocal microscopy to identify and characterize molecular interactors of Parkin and PINK1 on the outer mitochondrial membrane (OMM).In the first part of my project, we discovered that Parkin and PINK1 associate on dysfunctional mitochondria in proximity of the translocase of the OMM (TOM), a complex devoted to the mitochondrial import of the vast majority of the mitochondrial proteins. We provided evidence that these associations play a key role in activation of the mitochondrial degradation program mediated by the PINK1/Parkin pathway. We also observed that the dynamin-related GTPase Drp1, involved in mitochondrial fission is recruited to defective mitochondria in proximity of Parkin and PINK1, suggesting that mitochondrial fission occurs at sites where mitochondrial clearance is initiated.In the second part of my project, we characterized the functional interaction between Parkin and the multifunctional neuroprotective mitochondrial matrix enzyme 17B-hydroxysteroid dehydrogenase type 10 (HSD17B10), previously found by the team to be altered in abundance in Parkin-deficient mice. We demonstrated that HSD17B10 exerts a mitochondrion-protective function independent of its enzymatic activity. In addition, we provided evidence that Parkin directly interacts with HSD17B10 at the TOM machinery and that it positively regulates its mitochondrial levels, possibly through the regulation of its mitochondrial import.Altogether, these results provide novel insights into the molecular mechanisms by which Parkin and PINK1 control mitochondrial quality, and deepen our understanding of the role of these proteins in the physiopathology of autosomal recessive PD.

Chez les plantes, les protéines à centre fer-soufre (Fe-S) sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires (e.g. photosynthèse, respiration). La maturation de ces protéines nécessite la synthèse de novo des centres Fe-S à l’aide de machineries d’assemblage spécifiques. Les plantes possèdent trois machineries d’assemblage nommées SUF, ISC et CIA, dédiées à la maturation des protéines plastidiales, mitochondriales et nucléaires ou cytosoliques, respectivement. Lors de la maturation des protéines mitochondriales, un centre [2Fe-2S] est initialement assemblé sur la protéine d’échafaudage ISU puis transféré vers les apoprotéines cibles à l’aide de chaperons et de diverses protéines de transfert. Si ces étapes semblent suffisantes pour la maturation de protéines incorporant des centres [2Fe-2S], un couplage réductif de deux centres [2Fe-2S] est nécessaire pour la maturation des protéines de type [4Fe-4S]. Cette conversion nécessite des protéines de transfert et un donneur d’électrons, potentiellement la même ferrédoxine que celle qui agit déjà lors des étapes précoces pour la réduction du soufre. En combinant des approches moléculaires, biochimiques et génétiques, l’implication des protéines de transfert NFU et ISCA et des ferrédoxines mitochondriales (mFDX) dans les étapes tardives de transfert et de conversion a été explorée au cours de cette thèse chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Des expériences de complémentation en levure ont démontré que les protéines NFU et ISCA de plantes peuvent assurer les mêmes fonctions que leurs orthologues respectifs, suggérant que ces étapes tardives ont été conservées. Cependant, contrairement à la levure, l’analyse de lignées n’exprimant pas les deux protéines NFU indiquent qu’elles sont essentielles pour le développement de l’embryon. Au niveau moléculaire, les analyses effectuées à l’aide d’approches in vivo et/ou in vitro ont permis d’identifier une interaction entre ISCA1a ou ISCA1b et ISCA2, NFU4 et NFU5 mais aucune interaction avec les deux mFDX dont le rôle dans les dernières étapes d’assemblage des centres Fe-S reste donc incertain. La formation d’holo-hétérocomplexes entre ISCA1 et ISCA2 a été confirmée par co-expression chez E. coli et purification des protéines recombinantes. Globalement, en associant la littérature à propos de la machinerie ISC et les résultats obtenus, le modèle qui ressort est que des hétérocomplexes ISCA1/2 agiraient immédiatement en amont des protéines NFU qui permettraient a minima la maturation des centres [4Fe-4S] de la lipoate synthase. Ce seul partenaire pourrait expliquer en grande partie la létalité d’un mutant nfu4 x nfu5 car l’activité de plusieurs protéines centrales pour le métabolisme mitochondrial dépend de l’acide lipoïque / In plants, iron-sulfur (Fe-S) proteins are involved in crucial processes such as photosynthesis and respiration. The maturation of these proteins requires the de novo synthesis of their Fe-S clusters through dedicated assembly machineries. Plants have three Fe-S cluster assembly machineries, namely SUF, ISC and CIA, devoted to the maturation of plastidial, mitochondrial and nuclear or cytosolic proteins, respectively. During the mitochondrial Fe-S protein maturation, a [2Fe-2S] cluster is first assembled on the ISU scaffold protein then transferred to target proteins with the help of chaperones and various transfer proteins. If these steps are sufficient for the maturation of [2Fe-2S] proteins, a reductive coupling process of two [2Fe-2S] clusters is required for the maturation of [4Fe-4S] proteins. This conversion needs transfer proteins and an electrons donor, potentially the same ferredoxin which acts during the first step of the Fe-S cluster biogenesis for sulfur reduction. By combining molecular, biochemical and genetic approaches, the involvement of NFU and ISCA transfer protein and mitochondrial ferredoxin (mFDX) in the late transfer and conversion steps has been explored during this PhD project by using the Arabidopsis thaliana plant model. Yeast complementation experiments have demonstrated that plant NFU and ISCA proteins have functions similar to their respective orthologs, suggesting that these late steps are conserved. However, unlike yeast, the characterization of nfu mutant lines indicates that both proteins are essential for early embryonic development. At the molecular level, in vivo and in vitro approaches have shown an interaction between ISCA1a or ISCA1b and ISCA2, NFU4 and NFU5 but no interaction with the two mFDX whose participation in the late steps remains uncertain. The formation of ISCA1-ISCA2 holo-heterocomplexes has been confirmed by co-expression in E. coli and purification of recombinant proteins. Overall, the literature and results obtained here highlight a model where ISCA1/2 heterocomplexes would act immediately downstream of NFU proteins which would a minima allow [4Fe-4S] cluster maturation of the lipoate synthase. This sole partner could primarily explain the lethality of a nfu4 x nfu5 double mutant because the activity of several proteins central for the mitochondrial metabolism depends on lipoic acid

Cette thèse se propose de parcourir les évolutions scénographiques et techniques des spectacles au temps de Louis XIV. Ce travail divisé en deux parties – la cour et la ville – souhaite rendre compte des différentes transformations du répertoire à machines qui trouvait, depuis la Régence de Mazarin et l’arrivée de Torelli, ses premiers balbutiements. Volontairement pluridisciplinaire, proposant de nouvelles découvertes concernant les évolutions scénographiques et techniques des principaux théâtres de la cour et de la capitale, cette thèse s’affiche comme une synthèse des principaux machinistes du siècle de Louis XIV avec comme singularité la mise en lumière d’un marginalisé de l’historiographie : Alexandre de Rieux, marquis de Sourdéac. / This thesis proposes to through the scenographic and technical evolutions of the shows at the time of Louis XIV. This work divided into two parts - the court and the city - accounts for the various transformations of the repertoire to machines. This work divided into two parts - the court and the city - wishes to account for the various transformations of the repertoire to machines since the Regency of Mazarin and the arrival of Torelli. Multidisciplinary, proposing new archaeological and archival discoveries concerning the scenographic and technical evolutions of the principal theaters of the court and the capital, this thesis wants as a synthesis of the principal machinists of the century of Louis XIV with as singularity the rehabilitation of Alexandre de Rieux, Marquis de Sourdéac.

Les protéines sont les macromolécules les plus polyvalentes de la cellule. Elles jouent un rôle fondamental dans la majorité des processus biologiques à travers la formation de complexes multi-protéiques. Durant la transcription, une multitude de facteurs sont impliquées dans le contrôle de l’activité des complexes ARN polymérases. Notre laboratoire s’est intéressé au réseau d’interaction de la machinerie de transcription des ARN polymérases nucléaires, dans le but de mieux comprendre leurs mécanismes de régulation. Pour ce faire, une procédure protéomique comprenant la purification de complexes protéiques par affinité couplée à la spectrométrie de masse et à l’analyse bioinformatique a été développée. La méthode de purification TAP (Tandem Affinity Purification) a été adaptée pour permettre la purification de complexes protéiques solubles assemblés in vivo à partir de cellules humaines. L’objectif de mon projet de maîtrise était de purifier le complexe de l’ARN Pol I ainsi que de poursuivre l’expansion du réseau d’interactions protéine-protéine de la machinerie de transcription de l’ARN Pol II humaine. À l’aide des protéines POLR1E, TWISTNB, POLR2E, PFDN4, MBD2, XPA, CAND1 et PDCD5 étiquetées (TAP-tag) exprimées dans des lignées cellulaires ECR-293, plusieurs complexes protéiques solubles ont été purifiés et analysés par spectrométrie de masse. Les interactions protéiques ont été triées et validées bioinformatiquement pour donner en final une liste d’interactions ayant un haut degré de confiance à partir de laquelle des réseaux d’interactions protéine-protéine ont été créés. Le réseau créé au cours de ce projet connecte plusieurs composantes de la machinerie transcriptionnelle tels que les ARN Pol I, II et III, les complexes RPAP3/R2TP/prefoldin-like, TRiC/CCT, Mi-2/NuRD et des facteurs de transcription et de réparation de l’ADN. Ce type d’analyse nous a permis d’identifier et de caractériser de nouveaux régulateurs de la machinerie de transcription de l’ARN Pol I et II et de mieux comprendre son fonctionnement. / Proteins are the most versatile macromolecules of the cell. They play a fundamental role in the majority of biological processes through the formation of multiprotein complexes. During transcription, a multitude of factors are involved in the control of activity of RNA polymerases. Our laboratory was interested in defining the nuclear RNA polymerases transcription machinery interaction network to better understand their regulatory mechanisms. To do so, a proteomic procedure that allows affinity purification of protein complexes coupled to mass spectrometry and computational data analysis was developed. The tandem affinity purification procedure has been adapted for the purification of soluble protein complexes as they likely exist in live mammalian cells. The aim of my master project was to purify the RNA Pol I complex as well as to further pursue the expansion of the protein-protein interaction network of the human RNA Pol II transcription machinery. By using POLR1E, TWISTNB, POLR2E, PFDN4, MBD2, XPA, CAND1 and PDCD5 TAP – tagged proteins expressed in EcR-293 cell lines, multiple soluble protein complexes were purified and analyzed by mass spectrometry. Protein interactions have been sorted and validated computationally. High-confidence dataset of interactions were used to build the protein-protein interaction networks. The network created for this project connects several components of the transcriptional machinery such as RNA Pol I, II and III, RPAP3/R2TP/prefoldin-like, TRiC/CTC, Mi-2/NuRD complexes and DNA repair and transcription factors. This type of analysis allowed us to identify and characterize new regulators of RNA Pol I and II transcription machinery and to better understand its functioning.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les réseaux formés par les filaments d'actine jouent un rôle fondamental en mécanique cellulaire, puisqu'ils contribuent grandement à la forme des cellules, à leur capacité à migrer et à leurs propriétés mécaniques. Durant ma thèse, nous nous sommes intéressés aux propriétés mécaniques des gels d'actine branchés présents dans le lamellipode. Dans le cadre de ma thèse, nous avons développé une nouvelle technique de mesure basée sur l'attraction dipolaire entre des colloïdes magnétiques nous permettant de mesurer le module de Young de gels d'actine reconstitués à la surface des particules à l'aide de la machinerie Arp2/3. Notre technique nous permet de réaliserun très grand nombre de mesures.Les faibles barres d'erreur ainsi obtenues nous ont permis d'étudier, pour la première fois, le lien entre les propriétés microscopiques architecturales des gels et leur réponse mécanique. Nous avons observé une forte rigidification du gel avec une augmentation de la concentration en protéine nucléatrice des branches Arp2/3 et en protéine de coiffe gelsoline durant la croissance du gel, montrant ainsi un lien entre l'architecture du réseau et son élasticité. De plus, nous avons étudié le lien entre le module élastique des gels, la flexibilité des filaments et l'augmentation des contraintes internes. Ces différentes études pointent en direction d'une réponse mécanique des gels d'actine à structure dendritique d'origine enthalpique, contrairement aux gels d'actine polymérisés en solution, dont l'élasticité est d'origine entropique.

Croissance et reproduction sont des mécanismes fondamentaux du vivant. Chez les micro-organismes, ces processus sont couplés dans la transformation des ressources de l'environnement (matière et énergie) en nouvelles structures organiques. Étonnamment, malgré l'extrême diversité des micro-organismes, certaines caractéristiques de leur physiologie suivent des lois de croissance universelles. Cela suggère l'existence de principes fondamentaux, ce qui a été en effet récemment confirmé en montrant que ces lois s'expliquent facilement si l'organisme maximise son taux de croissance dans chaque environnement. Cependant, ces lois ont seulement été étudiées lors de croissances à l'état stationnaire, c'est-à-dire lorsque l'environnement et donc le taux de croissance sont stables. Ces conditions, même si elles peuvent être reproduites en laboratoire, n'ont rien à voir avec les conditions de vie dans lesquelles les organismes ont évolué durant des milliards d'années. Le but de cette thèse est d'étendre dans un contexte d'environnement purement dynamique, l'étude à la fois théorique et expérimentale de ces stratégies de croissance microbienne.En modélisant la cellule comme un auto-réplicateur, nous cherchons à savoir quelles sont les meilleures stratégies d'allocation des ressources lors de l'adaptation à un nouvel environnement. Ce problème se formule très bien comme un problème de contrôle optimal : la cellule choisit en temps réel comment allouer ses ressources entre la machinerie d'expression génique et le métabolisme. Le meilleur comportement possible, comme le révèle l'application du Principe de Maximisation de Pontryagin, est de successivement orienter toutes les ressources dans chacun des deux secteurs, une stratégie communément appelée bang-bang. Mais s'approcher d'un tel contrôle requiert pour la cellule des stratégies de régulation bien plus complexes que celles qui étaient suffisantes pour maximiser le taux de croissance à l'état stationnaire. De manière intéressante, la régulation de la synthèse des ribosomes par le ppGpp chez la bactérie Escherichia coli s'avère présenter la structure adéquate. Nous montrons en effet qu'elle permet de détecter rapidement toute incompatibilité entre la concentration de précurseurs et celle des ribosomes, et d'ajuster en conséquence la synthèse de ces derniers pour obtenir un comportement proche de l'optimum mathématique prédit.Même si de vieilles données le suggèrent, un tel comportement bang-bang n'a jamais été totalement confirmé expérimentalement pour la synthèse des ribosomes. Nous mesurons donc l'abondance des ribosomes chez Escherichia coli au niveau d'une cellule unique lors d'un changement brutal de milieu de culture. En particulier, nous créons une souche de E. coli sur laquelle un rapporteur fluorescent est attaché à l'une des sous-unités ribosomales, permettant ainsi leur quantification in vivo. Un appareillage micro-fluidique nous permet ensuite de contrôler en temps réel le milieu de croissance tout en observant individuellement chaque cellule fluorescente. Nous développons une méthode basée sur le lissage de Kalman qui est capable de reconstruire la façon dont les ressources sont aiguillées vers la synthèse des ribosomes. Même si ces résultats sont préliminaires, ils suggèrent que la concentration des ribosomes oscille après le changement d'environnement, ce qui rappelle une stratégie de type bang-bang.Nos résultats montrent que la capacité des systèmes de régulations à intégrer l'état de différentes variables physiologiques est crucial dans l'optimisation de la croissance en environnement variable. Au final, nous démontrons que les principes utilisés à l'état stationnaire peuvent, lorsqu'ils sont appliqués en dynamique, générer des comportements inattendus et expliquer plus en détails les stratégies de régulations employées par les micro-organismes. / Growth is the most fundamental property of life. Growth consists in the transformation of matter and energy from the environment into diverse organic structures. Interestingly, general growth laws relate the macromolecular composition of the cell to growth rate. These laws are widespread and conserved in different microbial species, suggesting a fundamental principle of design. Recent work has shown that these empirical regularities can be derived from coarse-grained models of resource allocation and explained by the principles of natural selection. However, the vast majority of these studies focus on steady-state growth. Such conditions are rarely found in natural habitats, where microorganisms are continually challenged by environmental fluctuations. The aim of this thesis is to extend the theoretical and experimental studies of microbial growth strategies to changing environments.Using a self-replicator model, we developed a theoretical framework that encapsulates the main features of growth. We formulate dynamical growth maximization as an optimal control problem that the microbial cell must solve in order to allocate the available resources to the gene expression machinery or to metabolism. Using Pontryagin's Maximum Principle, we have derived a general solution to the optimization problem and we have compared the optimal strategy with possible implementations of growth control in bacterial cells. Our results show that simple control strategies that maximize the growth-rate at steady state are suboptimal for transitions from one growth regime to another. We show that a near-optimal control strategy in dynamical conditions requires information about several, rather than a single, physiological variable. Interestingly, this strategy has structural analogies with the regulation of ribosomal protein synthesis by the signaling molecule ppGpp in the enterobacterium Escherichia coli. The strategy involves sensing a discrepancy between the concentrations of precursor metabolites and ribosomes, and the control of the rate of ribosome synthesis in a switch-like manner.Even though this switch-like ribosome synthesis has been suggested by published data, the phenomenon has never been experimentally confirmed. We therefore measured ribosomal abundance in Escherichia coli at the single-cell level during a nutrient upshift. More precisely, we constructed a strain in which a fluorescent marker has been attached to a ribosomal subunit, thus allowing in-vivo monitoring of the abundance of ribosomes. We monitored this strain in a microfluidics device designed for long-term imaging of individual cells in a continuous culture, and used this experimental setup to simulate a nutrient upshift by changing the input medium. We developed a Kalman smoothing method for extracting quantitative information about resource allocation to ribosome synthesis from the raw data. Even though our preliminary results do not allow to reach a final conclusion, they do suggest the presence of oscillatory patterns after an upshift that are reminiscent of the expected behavior.Our results demonstrate that the capability of regulatory systems to integrate information about several physiological variables is critical for optimizing growth in a changing environment. The proposed control scheme correctly reproduces the observed growth laws at steady state, but also predicts novel and unexpected behaviors when applied to a dynamical environment. Our improved understanding of the principles that govern the control of bacterial growth could be used for improving biotechnological processes, in particular those that use microorganisms to produce high valuable-added products for the chemical or biomedical industry.

La transcription, la maturation d’ARN, et le remodelage de la chromatine sont tous des processus centraux dans l'interprétation de l'information contenue dans l’ADN. Bien que beaucoup de complexes de protéines formant la machinerie cellulaire de transcription aient été étudiés, plusieurs restent encore à identifier et caractériser. En utilisant une approche protéomique, notre laboratoire a purifié plusieurs composantes de la machinerie de transcription de l’ARNPII humaine par double chromatographie d’affinité "TAP". Cette procédure permet l'isolement de complexes protéiques comme ils existent vraisemblablement in vivo dans les cellules mammifères, et l'identification de partenaires d'interactions par spectrométrie de masse. Les interactions protéiques qui sont validées bioinformatiquement, sont choisies et utilisées pour cartographier un réseau connectant plusieurs composantes de la machinerie transcriptionnelle. En appliquant cette procédure, notre laboratoire a identifié, pour la première fois, un groupe de protéines, qui interagit physiquement et fonctionnellement avec l’ARNPII humaine. Les propriétés de ces protéines suggèrent un rôle dans l'assemblage de complexes à plusieurs sous-unités, comme les protéines d'échafaudage et chaperonnes. L'objectif de mon projet était de continuer la caractérisation du réseau de complexes protéiques impliquant les facteurs de transcription. Huit nouveaux partenaires de l’ARNPII (PIH1D1, GPN3, WDR92, PFDN2, KIAA0406, PDRG1, CCT4 et CCT5) ont été purifiés par la méthode TAP, et la spectrométrie de masse a permis d’identifier de nouvelles interactions. Au cours des années, l’analyse par notre laboratoire des mécanismes de la transcription a contribué à apporter de nouvelles connaissances et à mieux comprendre son fonctionnement. Cette connaissance est essentielle au développement de médicaments qui cibleront les mécanismes de la transcription. / Genomes encode most of the functions necessary for cell growth and differentiation. Gene transcription, RNA processing, and chromatin remodeling are central processes in the interpretation of the information contained in genomic DNA. Although many protein complexes forming the cellular machinery that interprets mammalian genomes have been studied, a number of additional complexes remain to be identified and characterized. Using proteomic approaches, Dr. Benoit Coulombe’s laboratory purified many components of the RNAPII transcription machinery using tandem affinity purification (TAP), a procedure that allows the isolation of protein complexes as they likely exist in live mammalian cells, and the identification of interaction partners using mass spectrometry. High confidence interactions were selected computationally and used to draw the map of a network connecting many components of the mRNA transcriptional machinery. By applying this procedure, our lab has identified, for the first time, a group of proteins, that interacts both physically and functionally with human RNAPII, and whose properties suggest a role in the assembly of multi-subunit complexes, acting as RNAPII-specific scaffolding proteins and chaperones. The aim of my project was to continue the characterization of the network of protein complexes involving transcription factors, and thus, further pursuing our survey of protein complexes in whole cell extracts. Eight novel RNAPII interaction partners (PIH1D1, GPN3, WDR92, PFDN2, KIAA0406, PDRG1, CCT4 and CCT5) were purified using the tandem affinity purification (TAP) method, and their interaction partners were identified by mass spectrometry. Over the years, our lab’s analysis of transcriptional regulation and mechanisms has contributed novel and important knowledge that provided better understanding of mRNA synthesis. This knowledge is paramount to the development of therapeutics that will target transcriptional mechanisms.