* / *

La production inductrielle de ferments nécessite une étape de stabilisation qui affecte la qualité des cellules. Ce phénomène étroitement lié à l’espèce, voire à la souche bactérienne considérée, dépend également des conditions mises en œuvre lors de la conduite du procédé de production. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à améliorer les performances de Lactobacillus buchneri R1102 et Bifidobacteium longum R0175 à la lyophilisation et au stockage, et à identifier les réponses physiologiques associées.Dans une première partie, l’effet du temps de récolte sur les caractéristiques membranaires et les performances industrielles de Lb. Buchneri R1102 et B. lolngum R0175 a été anlysé. Une récolte en phase stationnaire conduit à une meilleure tolérance au cours de la congélation pour B. longum R0175 mais ne permet pas de maintenir une activité acidifiante élevée pour Lb. Buchneri R1102. Ces résultats sont reliés à une rigidificatioin de la membrane et à une augmentation de la proportion en acides gras saturés et cycliques en phase stationnaire de croissance.Dans une deuxième étape, les cellules de Lb. Buchneri R1102 ont été soumises à différentes conditions de stress osmotique. Un stress osmotique avec du KCl 0.1 M augmente la survie au cours de la lyophilisation mais ne modifie les caractéristiques membranaires des cellules. Un ajout de KCl 0.6 M en début de fermentation améliore la survie au cours du stockage à l’état lyophilisé. Ce phénomène est expliqué par une rigidification de la membrane lié à une augmentation de la concentration en acides gras cycliques et à une accumulation de bétaïne intracellulaire.Dans une troisème partie, l’effet de différentes atmosphères de culture sur l’état physiologique et les performances de Lb. Buchneri R1102 et B. longum R0175 a été étudié.Pour Lb. Buchneri R1102, l’apport d’air accélère significativement la croissance et la concentration bactérienne (air à 1.2 vvm) en fluidifiant les membranes cellulaires et en orientant le flux métabolique vers la production d’acétate. A l’inverse, l’apport d’azote ou d’un mélange de gaz N2H2 allonge les fermentations en diminuant le potentiel d’oxydoréduction. Enfin, l’apport des gaz air, N2 et N2H2 dégrade l’activité acidifiante de Lb. Buchneri R1102 mais augmente sa survie au cours du stockage, en lien avec des modifications de composition an acides gras et de synthèse protéique. Pour B. longum R0175, une concentration cellulaire plus élevée est obtenue lorsqu’un bullage N2 ou N2CO2 est effectué en début de culture. L’activité acidifiante des ferments est préservée au cours du procédé pour toutes les conditions testées, en lien avec une augmentation de la proportion d’acides gras insaturés et cycliques, mais sans variation de fluidité membranaire.Enfin, une meilleure survie cellulaire est obtenue lorsque les cellules sont cultivées avec du N2CO2 pendant toute la fermentation.Ce travail se conclut par la validation, à l’échelle pilote, des conditions conduisant à une amélioration de la stabilité biologique des ferments lyophilisés, tout en préservant les performances des fermentations. / Industrial starter’s production requires a stabilization step that affects the quality of the cells. This phenomenon is closely linked to the used species and strains, and depends on the procedures applied during the production process. In this context, this thesis aims at improving the performances of Lactobacillus buchneri R1102 and Bifidobacterium longum R0175 during freeze-drying and storage, and to identify the corresponding physiological responses.In the first part of this work, the effect of the harvesting time on membrane characteristics and industrial performances of Lb. buchneri R1102 and B. longum R0175 has been analyzed. Harvesting the cells in stationary phase led to a better tolerance during freezing of B. longum R0175 but did not allow the maintenance of elevated acidification activity for Lb. buchneri R1102. These results have been related to a rigidification of the membrane and to an increase of the proportion of saturated and cyclic fatty acids in cellular membranes of cells recovered in stationary growth phase.In a second step, cells of Lb. buchneri R1102 have been submitted to different conditions of osmotic stress in order to improve their performances. An osmotic stress with 0.1 M KCl increased the cells survival during freeze-drying, without changing their membrane characteristics. In addition, adding 0.6 M KCl in the beginning of the fermentation improved the survival during storage on freeze-dried form. This phenomenon was explained by a rigidification of the membrane that was linked to an increase of cyclic fatty acids content and intracellular betaine concentration.The third part was devoted to the study of the effect of various gaseous atmospheres during the cultures, on the physiological state and the performances of Lb. buchneri R1102 and B. longum R0175. For Lb. buchneri R1102, aeration (air at 1.2 vvm) significantly accelerated the growth and the final cell concentration by increasing membrane fluidity and by directing metabolic flux towards acetate production. Conversely, adding nitrogen or the gas mixture N2H2 delayed the fermentations by decreasing redox potential. Lastly, injecting different gases (air, N2, N2H2) decreased acidification activity Lb. buchneri R1102 but increased its survival during storage, as a result of modifications of fatty acids composition and proteins synthesis. For B. longum R0175, a higher cell concentration was obtained when the culture medium was bubbled with N2 or N2CO2 at the beginning of the fermentation. In addition, acidification activity of these starters was well maintained for all tested conditions, which was linked to an increase of unsaturated and cyclic fatty acids proportion, but without any change in membrane fluidity. Lastly, a better cell survival was obtained for cells grown with N2CO2 all along the fermentation.Finally, this work is concluded finish with the validation, at pilot scale, of the conditions leading to an improvement of the biological stability of freeze-dried starters, while maintaining their performances during fermentation.

La quantification du protéome à très haute sensibilitée n’est actuellement pas réalisable, et est un problème pour l’analyse de cellule isolée, d’échantillon rare ou pour la détection de protéine de faible abondance. Afin d’améliorer la sensibilité, une idée est d’utiliser un microscope capable de détecter des protéines individuellement. Il faut pour cela dans un premier temps mesurer la proportion du protéome actuellement marquée par une sonde fluorescente afin de pouvoir faire des mesures quantitatives. Avec des conditions dénaturantes et la détection des amines, on arrive à marquer jusqu’à 75% du protéome d’un lysat cellulaire, avec un marquage plus efficace quand la protéine est de grande taille. Dans un deuxième temps, il faut séparer par la taille le protéome afin de réaliser un profil protéique. Si la puce microfluidique ne permet pas la réalisation d’un profil avec une résolution, le micro SDS-PAGE en est capable en permettant également l’observation du profil par microscopie, autorisant la détection jusqu’à 10 ng de protéines par bande et ainsi permettant d'obtenir un profil à partir de seulement 100 cellules. Cette sensibilité a permis l’identification de quatre lignées cellulaires de cancer du sein, avec un fort potentiel pour une application pour le diagnostic de cellule cancéreuse provenant de petite biopsie, plus facile pour le patient. / Proteomic quantification at very high sensitivity is not achieved yet, even if they are a need to realize this quantification for the analysis of uncommon samples at a single cell level, or for the detection of low abundance protein. To improve this sensitivity, one way is to use a microscope able to detect single-molecule. In this optic, the first step to enable precise quantification is to measure the proportion of the proteome that is labeled by a fluorescent probe. When using strong denaturant conditions combined with a probe able to detect the amine of the protein, we are able to label up to 75% of the proteome from a cell lysate, with an increase in the labeling efficiency when the protein is bigger. The second step necessitates the protein separation by size in order to realize a proteome profile. Two technics were used for that, the microfluidic chip and the micro SDS-PAGE. The second one enables the possibility to scan the profile by microscopy, allowing the detection of up 10 ng of protein and then permits the analysis of only 100 cells. This sensitivity enables the differentiation of 4 different proteome profiles from cell lines originated from breast cancer, with a potential in the diagnostic of cancer cell from a smaller biopsy, allowing a less painful experience for the patient.

La NADH:ubiquinone oxydoréductase (complexe I) est le plus gros complexe enzymatique du système mitochondrial d'oxydation phosphorylante (43 sous-unités chez l'homme). Très peu de données sont disponibles concernant les mécanismes régulant l'expression de ces protéines. <br />Cette étude a été initiée par l'étude des promoteurs de deux gènes du complexe I mitochondrial humain. Les résultats montrent que le gène NDUFS8 qui code pour la sous-unité 23 kDa (TYKY) est transcrit sous le contrôle des facteurs de transcription YY1 et Sp1 tandis que gène NDUFS7 codant pour la sous-unité 20 kDa (PSST) est régulé par NRF-1 et Sp1. <br />Dans la deuxième partie de ce travail, une méthode d'analyse du protéome mitochondrial humain par électrophorèse bidimensionnelle a été développée. Le but est d'aborder de manière globale et sans a priori l'expression des protéines du complexe I : déterminer qui est régulé et comment en réponse à un stimulus déterminé? <br />Des cartes de référence ont été développées à partir de mitochondries extraites de placenta humain en utilisant deux types de gradient de pH : l'un est adapté aux protéines acides et neutres, l'autre aux protéines basiques. Sur ces cartes, 85 protéines mitochondriales ont été identifiées par spectrométrie de masse dont 17 sous-unités du complexe I. Cette technique d'analyse protéomique a ensuite été utilisée pour étudier la régulation de l'expression des protéines mitochondriales par le fer. Sur le plan technique, les premiers résultats sont encourageants : les gels d'électrophorèse bidimensionnelle préparés avec des mitochondries extraites de cellules en culture sont de bonne qualité et des variations reproductibles de l'expression de sous-unités du complexe I et d'autres protéines mitochondriales ont pu être détectées. Sur le plan fondamental, les données obtenues sont préliminaires. Il sera nécessaire de réaliser de nouvelles expériences pour confirmer les premières observations et analyser la cinétique des variations détectées.

La protéine kinase TOR (Target Of Rapamycin) a été identifiée chez la levure et les mammifères comme participant à deux complexes protéiques qui servent de carrefour entre la perception des facteurs endogènes et exogènes et la stimulation de la croissance cellulaire. Depuis la découverte de la kinase AtTOR chez Arabidopsis thaliana, des études ont été menées afin de mieux caractériser son rôle chez les plantes et l'influence de son niveau d'expression sur la régulation du métabolisme et du développement.Au cours de ce travail, j'ai contribué à l'étude de cette kinase en étudiant l'influence de l'inactivation de TOR sur la composition du ribosome au niveau protéique et sur le niveau de phosphorylation de ces protéines, ainsi que sur l'organisation du méristème au niveau moléculaire et cytologique Au cours de cette étude, j'ai montré que certaines protéines constitutives du ribosome pourraient être des cibles de l'activité TOR au niveau de leur abondance et/ou de leur état de phosphorylation. Ainsi, l'inactivation de TOR entraine une diminution du niveau de phosphorylation des protéines RPS6 et pourrait influencer l'abondance des protéines acides constitutives du stalk ribosomal, une structure importante dans la régulation de la traduction. Les résultats obtenus suggèrent également que l'activité TOR est nécessaire au maintien du méristème à l'état fonctionnel en régulant les voies importantes contrôlant la division et la différentiation au sein de cette structure.

Un défi majeur de l’ère post-génomique est de définir l’ensemble des protéines encodées par le génome : le protéome. Un ARNm mature est en général associé à un seul cadre ouvert de lecture (ORF, open reading frame en anglais) de référence (RefORF) codant pour une protéine. Des ORFs alternatifs (AltORFs) sont cependant présents dans les régions non-traduites (UTRs), ou chevauchant le RefORF dans les cadres de lecture alternatifs +2 et +3. Les AltORFs offrnt le potentiel d’augmenter la diversité protéique, mais leur réelle contribution au protéome est peu caractérisée. Par des techniques de biologie moléculaire, de biochimie, et de biologie cellulaire, j'ai tout d’abord mis en évidence chez plusieurs mammifères supérieurs, l’expression endogène d'une protéine alternative appelée AltPrP à partir du gène PRNP. La découverte d'AltPrP devrait améliorer notre compréhension des rôles pathologiques et physiologiques de ce gène. Suite à la découverte d'AltPrP, et basé sur ce modèle d’AltORF chevauchant un RefORF, j'ai entrepris d’investiguer l’étendue de l’utilisation de ces AltORFs comme source de diversité protéique, chez l’humain en particulier. Par des méthodes computationnelles, j'ai participé à la création d'une base de données d'AltORFs prédits dans les ARNm humains (HA1tORF, pour Human Alternative ORFs). HA1tORF est consultable et interrogeable en ligne. Elle facilitera et accélérera la découverte et l’étude des AltORFs. J'ai ensuite mis au point une approche protéomique afin d'apporter des preuves expérimentales de l’utilisation à grande échelle des AltORFs. Une base de données d’AltORFs, mise à jour pour inclure ceux chevauchant en tout ou partie les UTRs, a été créée et utilisée pour déterminer par spectrométrie de masse la contribution des protéines alternatives au protéome humain. J'ai validé l’expression de 1259 protéines alternatives prédites à travers différents échantillons. J'ai aussi démontré que l’expression d'AltORFs impliquait d’importants biais dans les dessins expérimentaux (transfections ou criblage de banques d’ADNc par exemple). Enfin, un grand nombre de protéines alternatives semblent conservées à travers l’évolution, suggérant leur importance fonctionnelle. En conclusion, mes travaux de doctorat ont permis de mettre en évidence que les AltORFs conduisent à l’expression de nouvelles protéines jusqu’alors ignorées. Ces résultats redéfinissent notre vision du protéome, remettent en question notre compréhension de la structure et de la fonction des gènes eucaryotes, et ouvrent la voie vers l’étude fonctionnelle des protéines alternatives.

Streptococcus agalactiae, appelé aussi Group B Streptococcus (GBS), est une bactérie commensale du tractus digestif et génital de diverses espèces animales dont l’espèce humaine. Elle représente la première cause d’infections néonatales et est aussi un pathogène émergent chez l’adulte immunodéprimé. L’objectif de ma thèse est la caractérisation fonctionnelle et mécanistique des ARNrég. J’ai étudié plus particulièrement l’ARNrég CetR (pour «cell-envelope-targeting RNA»). Il module la résistance au peptide antimicrobiens (PAM) et la virulence à travers la régulation post-transcriptionnelle de l’ARNm dltD codant une protéine de biosynthèse de l'acide D-alanyl-lipotéichoïque. La délétion de cetR induit des changements dans la morphologie cellulaire, une diminution de la formation du biofilm et de la résistance aux PAM. Une zone d’interaction, CetRdltD, de 27 nucléotides a été prédite in silico. Des mutations compensatoires chez GBS montrent que CetR interagit directement avec l’ARNm dltD et que la perturbation de la zone d’appariement est suffisante pour observer les phénotypes associés à CetR. La quantification des niveaux d’ARNm et de la protéine DltD nous a permis de montrer que CetR active la traduction de dltD et que la perturbation du duplex CetR-dltD induit une diminution spectaculaire de la protéine DltD. De plus, en utilisant un modèle murin d’infection et en quantifiant la survie des bactéries dans les macrophages, nous avons montré que CetR et DltD sont cruciaux pour la virulence de GBS. Enfin, une approche protéomique globale nous a permis de montrer que CetR joue un rôle important dans l’expression des protéines dites « moonlighting » et de certains facteurs de virulence potentiels. Cet ARNrég peut jouer un rôle important dans la capacité de S. agalactiae à s'établir dans son biotope et à exprimer ses facteurs de virulence. Enfin, les résultats de ces recherches sont des prérequis au développement de stratégies permettant de réduire le risque des infections néonatales dues à S. agalactiae. / The opportunistic pathogen group B Streptococcus (GBS) is the leading cause of neonatal infections. The aim of this work is the characterization of a 680 nt-long regulatory RNA, CetR (cell-envelope-targeting RNA). It modulates antimicrobial peptides (AMPs) resistance and virulence through posttranscriptional regulation of dltD mRNA which encodes a D-alanyl-lipoteichoic acid biosynthesis protein. Deletion of cetR leads to cell morphology changes, reduced biofilm formation and AMPs resistance. A 27 nt-long CetR-dltD interacting region is predicted in silico. Compensatory base pair exchanges in GBS demonstrate that CetR interacts directly with dltD mRNA and that disruption of this RNA pairing is sufficient to observe the CetR-associated phenotypes. By quantifying both mRNA and protein, we demonstrate that CetR enhances dltD translation and disruption of the CetR/dltD mRNA interaction results in a dramatic decrease in DltD protein. Moreover, using an infection murine model and quantifying bacterial survival in macrophages, we observe that both CetR and DltD are crucial for GBS virulence. Finally, we highlight CetR pleiotropic role in the expression of several moonlighting proteins and potential virulence factors. This regulatory RNA may play an important role in the ability of GBS to settle in its biotope and express its virulence factors.

Contrairement à la vision classique des ARNms eucaryotes qui ne contiendrait qu’une seule séquence codante, de nombreuses évidences expérimentales montrent que ces ARNms contiennent plusieurs séquences codantes qui permettraient l’expression de plusieurs protéines différentes. Les ARNms sont donc multicodants et contiennent des cadres de lectures alternatifs (AltORFs pour alternative open reading frames). Ces ORFs alternatifs sont présents dans les régions non-traduites (UTRs) ou chevauchant le RefORF (cadre de lecture ouvert de référence) dans les cadres de lectures non-canoniques +2 et +3. Le protéome est donc plus complexe que ce que l’on pense. Toutefois, le rôle et la fonction de ces nouvelles protéines restent à être investigués. Au cours de mon projet de recherche à la maîtrise, j’ai commencé la caractérisation de la protéine alternative AltMiD51, codée dans le 5’UTR du gène bicistronique MIEF1/SMCR7L/MID51 et co-exprimée avec sa protéine de référence MiD51. Par des approches variées de biologie moléculaire, cellulaire et biochimique, j’ai d’abord démontré et confirmé la localisation cellulaire de la protéine AltMiD51 à la mitochondrie. Par la suite, j’ai pu démontrer que la présence d’AltMiD51 affecte significativement la morphologie mitochondriale en fragmentant celle-ci. De plus, j’ai pu davantage cibler la région qui contient l’information de sa localisation ainsi que son effet de fragmentation, soit seulement les 23 premiers acides aminés de sa séquence. J’ai également observé que cette région Nterminale (a.a.23) est encore plus efficace pour induire la fragmentation des mitochondries. J’ai pu démontrer que le motif protéique L-Y-R est essentiel pour l’activité de fragmentation. J’ai également validé l’interaction in vivo de AltMID51 avec sa protéine partenaire ACPM (Acyl carrier protein) dans des foci mitochondriaux. En conclusion, mes travaux à la maîtrise ont permis de mettre en évidence que la protéine AltMiD51 est un nouveau facteur impliqué dans la fission mitochondriale. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives en ce qui concerne la caractérisation de nouvelles protéines alternatives et par leur contribution dans la biologie moléculaire de la cellule. / Abstract : Challenging the dogma that eukaryotic mRNAs contain a single coding sequence, an ever-growing number of studies highlight the possibility for these mRNAs to have several coding sequences, and thereby code for multiple proteins. Thus, eukaryotic mRNAs are multicoding and present alternative open reading frames (AltORFs). These alternative ORFs are present in the non-translated region (UTRs), and within or overlapping the RefORF (reference open reading frame) in non-canonical frames (+2 and +3). The proteome is indeed more complex than we initially thought. However, the role and biological function of these proteins remain to be elucidated. Over the course of my MPhil, I started characterizing the alternative protein AltMiD51, encoded in the 5’UTR of the bicistronic MIEF1/SMCR7L/MID51 gene, and coexpressed with its reference protein (MiD51). Using a wide range of molecular biology, cellular and biochemistry assays, I first demonstrated AltMiD mitochondrial localisation. I then proved AltMiD51 expression alters mitochondrial dynamics, enhancing a fragmented morphology. Moreover, I further characterized the sequence region responsible for AltMiD51 localisation and mitochondrial fragmentation, namely the first 23 amino acids. I also observed that this N-terminal region alone presents a stronger phenotype of mitochondrial fragmentation. In addition, I proved the L-Y-R domain is essential for AltMiD51 fragmentation activity, and I validated AltMiD51 in vivo interaction with ACPM (Acyl Carrier Mitochondrial Protein) within mitochondrial foci. Eventually, the work presented here highlighted AltMiD51 as a novel factor involved in mitochondrial fragmentation. These results shed light on new perspectives regarding the characterisation of alternative proteins and their contribution to the cellular metabolism.

La mobilité est une fonction clé de la qualité fécondante et de sélection des spermatozoïdes des techniques d’assistance médicale à la procréation (AMP). Nous manquons cependant d'information des mécanismes moléculaires contrôlant cette mobilité. Ce travail de thèse est articulé autour de 2 protéines d’intérêts impliquées dans la mobilité spermatique: la protéine Tau (Tubule-associated unit) associée à la polymérisation des microtubules dans le neurone, et la protéine d’ancrage aux kinases A4 (AKAP4), protéine majeure de la gaine fibreuse du flagelle spermatique, connue pour son implication dans la mobilité spermatique.Très peu d’études traitent de la protéine Tau dans l’appareil génital masculin, et aucune chez l’homme. Dans une première partie de ce travail, nous avons analysé l’expression de la protéine Tau dans le spermatozoïde et le testicule humain par une approche immuno-histo-chimique (article 1). La protéine Tau est localisée dans la pièce intermédiaire du flagelle du spermatozoïde, et dans le spermatocyte et la spermatide dans le testicule. Les rôles potentiels de la protéine Tau durant la spermatogenèse sont discutés dans une revue de la littérature (article 2).Les avancées dans le domaine de la protéomique permettent aujourd’hui d’étudier le protéome du spermatozoïde et de ses compartiments cellulaires de façon hautement résolutive. Le protéome global du spermatozoïde a été étudié chez des hommes consultant le centre de procréation assistée du CHRU de Lille. Il a permis de définir un groupe de spermatozoïdes présentant majoritairement des protéines de haut poids moléculaire et un groupe présentant une protéolyse aux dépends des protéines de haut poids moléculaire. L’AKAP4 a été identifiée parmi les protéines de hauts poids moléculaire. Nous avons étudié, quantifié le profil d’expression de l’AKAP4 en Western Blot dans le sperme d’hommes venant effectuer un spermogramme et corrélé les données biochimiques du protéome et de l’AKAP4 au spermogramme (article en soumission 3). Le rôle de l’AKAP4 comme marqueur prédictif en AMP est ensuite abordé. Les données clinico-biologiques (logiciel INFOFIV) des tentatives d’AMP au CHRU de Lille ont été confrontées aux données quantitatives du protéome global et de l’AKAP4 (article en préparation 4).Les protéines Tau et AKAP4 sont des protéines d’intérêts dans la prise en charge de l’homme infertile. L’AKAP4 pourrait être proposée comme biomarqueur dans la prise en charge en AMP. / Motility is a key function of the fertilizing quality and the selection of sperm for assisted reproductive technology (ART). However, we lack information on molecular mechanisms controlling this mobility. This thesis is structured around 2 proteins of interest involved in sperm mobility: Tau (tubule-associated unit) associated with microtubule polymerization in the neuron, and the A-kinase anchoring protein 4 (AKAP4), the main protein of the fibrous sheath of the sperm’s flagellum, known for its involvement in sperm motility.Very few studies focus on the Tau protein in the male reproductive system, and none in humans. In the first part of this work, we analysed the expression of the Tau protein in the sperm and human testis through an immuno-histo-chemical approach (Article 1). The Tau protein is localized in the intermediate part of the sperm flagellum and in the spermatocyte and spermatid in the testis. The potential roles of the Tau protein during spermatogenesis are discussed in a review of the literature (Article 2).Advances in the field of proteomics now allow the study the proteome of sperm and its cellular compartments in a highly-resolutive way. The global sperm proteome was studied in men visiting the assisted reproduction center of Lille University Hospital. This has led to a group of sperm with predominantly high molecular weight proteins being identified as well as a group having proteolysis at the expense of high molecular weight proteins. The AKAP4 was identified among the high molecular weight proteins. We studied, quantified the profile of AKAP4 expression by Western Blot in the sperm of men undergoing a semen analysis and correlated the biochemical data of the proteome and AKAP4 to the semen analysis (article 3 in submission). The role of AKAP4 as a predictive marker of ART success is then discussed. Clinical and biological data (INFOFIV software) of ART attempts at the Lille University Hospital were compared with quantitative data of the global proteome and AKAP4 (Article 4 in preparation).Tau protein and AKAP4 are proteins of interest in the management of infertile men. The AKAP4 could be proposed as a biomarker in ART treatments.

Les structures protéiques peuvent être divisées en répétitives et apériodiques, les structures apériodiques correspondant pour la plupart à des protéines globulaires. Les protéines répétitives (PRs) contiennent des unités de répétitions adjacentes, appelées séquences répétées en tandem (TRs). Les PRs sont abondantes et ont une importance fonctionnelle fondamentale. De plus de nombreuses études ont démontré l'implication des TRs dans les pathologies humaines. Ainsi, la découverte des PRs et la compréhension de leur relation séquence-structure-fonction, offrent des perspectives de recherche prometteuses.Le développement d’initiatives en génomique structurale, combiné à une meilleure adaptation des techniques de cristallographie et de RMN à l’étude des protéines non globulaires, a permis d’élucider la structure d’un nombre croissant de PRs, d’où la nécessité de mettre en place un système de classification. Les structures répétitives ont été réparties en cinq classes, principalement fondées sur la longueur des TRs: Classe I - agrégats cristallins; Classe II - structures fibreuses; Classe III - structures allongées, dont la stabilité dépend des interactions qui s’établissent entre les motifs répétés. Classe IV - structures répétitives fermées ; Classe V - structures en collier de perles. Les efforts de ces dernières années ont abouti au développement d’outils bioinformatiques utiles à la détection et l'analyse d'éléments répétitifs présents au sein des structures protéiques (3D TRs). En fonction des caractéristiques des répétitions, certaines méthodes fonctionnent mieux que d'autres, mais, jusqu’à présent, aucune ne permettait de couvrir toute la gamme des répétitions. Ce constat nous a incités à développer une nouvelle méthode, appelée détecteur de protéines en tandem (TAPO). TAPO exploite les périodicités des coordonnées atomiques ainsi que d'autres types de représentation structurale, comprenant les chaînes générées par un alphabet conformationnel, les cartes de contact entre résidus, et les arrangements en vecteurs d'éléments de structure secondaire. Actuellement, sept scores, issus des caractéristiques analysées par TAPO, sont combinés à l’aide d’une Machine à Vecteur Support pour produire un score final permettant de différencier les protéines renfermant ou non des 3D TRs. En atteignant 94% de sensibilité et 97% de spécificité pour la référence actuelle, TAPO présente des performances améliorées par rapport aux autres méthodes de pointe. Le développement de TAPO offre de nouvelles opportunités pour l’analyse à grande échelle des protéines renfermant des 3D TRs. Ainsi, notre analyse de la base de données PDB, à l’aide de TAPO, a montré que 19% des protéines contiennent des 3D TRs. L'analyse à grande échelle des structures 3D TRs dans PDB nous a également permis de découvrir plusieurs nouveaux types de structures répétitives, absents de la classification existante et dont certains sont décrits ici.Nous avons entrepris une analyse complète des 3D TRs constitutifs du Rossmann Fold (RF). Notre intérêt pour les RFs a été suscité par le fait que de nombreuses protéines RFs représentent un cas ambigüe vis à vis des structures répétitives et non répétitives. A priori, les unités hélice α - feuillet β des RFs devraient avoir une forte tendance à s’empiler et donc, à former des structures répétitives. Afin de déterminer la fréquence à laquelle les RFs forment de longues unités de répétition empilées, nous avons sélectionné, à l’aide de TAPO, des structures contenant des RFs et les avons classées. Notre analyse montre que les RFs typiques ne peuvent pas être clairement définis comme des structures répétitives mais plutôt comme des unités de structures globulaires, comptant au plus trois répétitions α-β. Des éléments de discussion seront proposés pour tenter d’expliquer cette observation surprenante. / In general, protein structures can be divided into: repetitive and aperiodic structures. Most of the aperiodic structures are globular proteins. The repetitive proteins contain arrays of repeats that are adjacent to each other, called Tandem Repeats (TRs). Proteins containing TRs are abundant and have fundamental functional importance. Numerous studies demonstrated the involvement of such TR-containing proteins in human diseases. Furthermore, genetic instability of these regions can lead to emerging infection threats. Additionally, TR-containing structures have generated significant interest with respect to protein design as they can make excellent scaffolds for specific recognition of target molecules. Therefore, the discovery of these domains, understanding of their sequence–structure–function relationship promises to be a fertile direction for research.The growth of structural genomics initiatives, in combination with improvements in crystallographic and NMR techniques aimed at non-globular proteins, has resulted in an increase in structurally elucidated TR proteins. This has necessitated the development of classification schemes. Structural repeats were broadly divided into five classes mainly based on repeat length; Class I – crystalline aggregates; Class II – fibrous structures such as collagen; Class III – elongated structures where the repetitive units require each other for structural stability such as solenoid proteins; Class IV – closed repetitive structures, such as TIM-barrels and Class V – bead on a string structures such as tandems of Ig-fold domains. Despite this progress, the majority of bioinformatics approaches have focused on non-repetitive globular proteins.In recent years, efforts have been made to develop bioinformatics tools for the detection and analysis of repetitive elements in protein structures (3D TRs). Depending on the size and character of the repeats, some methods perform better than others, but currently no best approach exists to cover the whole range of repeats. This served as a motivation for the development of our method called the TAndem PrOtein detector (TAPO). TAPO exploits, periodicities of atomic coordinates and other types of structural representation, including strings generated by conformational alphabets, residue contact maps, and arrangements of vectors of secondary structure elements. Currently, seven feature based scores produced by TAPO are combined using a Support Vector Machine, producing a score to enable the differentiation between proteins with and without 3D TRs. TAPO shows an improved performance over other cutting edge methods, achieving 94% sensitivity and 97% specificity on the current benchmark. The development of TAPO provided new opportunities for large scale analysis of proteins with 3D TRs. In accordance with our analysis of PDB using TAPO, 19% of proteins contain 3D TRs. The large scale analysis of the 3D TR structures in PDB also allows us to discover several new types of TR structures that were absent in the existing classification. Some of them are described in the thesis manuscript. This suggests that TAPO can be used to regularly update the collection and classification of existing repetitive structures. In particular, a comprehensive analysis of 3D TRs related to Rossmann Fold (RF) was undertaken. Our special interest in RFs was based on the observation that many proteins with RFs represent borderline cases between repetitive and non-repetitive structures. In principle, α-helix-β-strand units of RFs should have a strong potential to stack one over the other, forming repetitive structures. To probe the question of how frequently RFs form long arrays of stacked repeats, we selected by using TAPO known RF-containing structures and classified them. Our analysis shows that typical RFs cannot be clearly defined as repetitive, rather they are part of globular structures with up to 3 αβ-repeats. We provide some explanations for this surprising observation.