La construction des réseaux moléculaires à partir de résultats expérimentaux, ainsi que leur analyse en vue d'en exhiber des propriétés émergentes, sont deux tâches fondamentales de la biologie des systèmes. Avec l'augmentation du nombre de données expérimentales, elles ne peuvent plus être réalisées manuellement. Partant de ce constat, un certain nombre de méthodes bioinformatiques visant à les automatiser ont été développées.En parallèle du développement des méthodes, un certain nombre de standards ont vu le jour. Parmi ceux-ci, la Standard Biology Graphical Notation (SBGN) se compose de trois langages permettant la représentation des réseaux moléculaires.Les deux langages SBGN les plus couramment utilisés sont SBGN-PD pour la représentation des réseaux de réactions, et SBGN-AF pour celle des graphes d'influences. La notation SBGN, en plus de standardiser la représentation des réseaux, donne l'ensemble des concepts de la biologie des systèmes qui sont le plus souvent utilisés pour exprimer les connaissances du domaine.C'est dans ce cadre général que se placent l'ensemble de nos travaux. Nous avons développé un ensemble de méthodes pour la construction des réseaux moléculaires et l'analyse de leur dynamique. L'ensemble des méthodes que nous proposons reposent sur des formalismes qualitatifs, tels que la logique ou les réseaux d'automates. Ces formalismes on non seulement des bases théoriques solides, mais peuvent aussi être utilisés par de nombreux logiciels.L'ensemble de nos méthodes reposent également sur les concepts biologiques fournis par le standard SBGN, et peuvent ainsi être intégrées dans un même cadre théorique.Nous introduisons d'abord deux ensembles de prédicats qui permettent de traduire n'importe quel réseau SBGN-PD ou SBGN-AF sous la forme d'atomes instanciés. Nous montrons ensuite comment ces deux ensembles peuvent être utilisés pour raisonner automatiquement sur des réseaux moléculaires, en proposant une méthode de transformation automatique des réseaux de signalisation SBGN-PD en graphes d'influences SBGN-AF.Nous présentons ensuite une méthode de construction des réseaux de signalisation à partir de résultats expérimentaux, basée sur la logique du premier ordre. Cette méthode formalise et automatise le raisonnement réalisé par les biologistes à l'aide de règles de raisonnement explicites. Contrairement aux méthodes développées jusqu'à maintenant, celle que nous présentons prend en compte un grand nombre de types d'expériences, tout en permettant la reconstruction de mécanismes moléculaires précis.Puis nous montrons une nouvelle méthode pour le calcul des traces finies et des points attracteurs de réseaux Booléens modélisant des réseaux SBGN-AF et paramétrés à l'aide de principes généraux. Notre méthode repose sur l'utilisation de programmes logiques normaux du premier ordre, qui formalisent ces principes généraux.Enfin, nous proposons deux nouvelles sémantiques qualitatives pour le calcul de la dynamique des réseaux de réactions SBGN-PD, exprimées à l'aide de réseaux d'automates. La première de ces sémantiques étend la sémantique Booléenne des réseaux de réactions en prenant en compte les inhibitions. Quant à la deuxième, elle introduit le concept d'histoire (story) qui offre un nouveau point de vue sur les réseaux de réactions, en permettant de modéliser différents états physiques d'une même entité moléculaire par une seule variable.L'ensemble des méthodes que nous avons développées montrent comment les formalismes qualitatifs, et en particulier la logique, peuvent être utilisés pour raisonner à partir des relations représentées par les réseaux moléculaires, afin de découvrir de nouvelles connaissances en biologie des systèmes. / Two fundamental tasks of Systems Biology are the construction of molecular networks from experimental data, and their analysis with a view to discovering their emergent properties. With the increase of available experimental data, these two tasks can no longer be realized by hand. Based on this observation, numerous bioinformatics methods aiming at the automation of these two task have been developped.In parallel, standards aiming at defining and organizing terms of systems biology, or representing networks and mathematical models, have been developped. Among these standards, the Standard Biology Graphical Notation is composed of three languages that allow the representation of molecular networks. The two main SBGN languages are SBGN-PD for the representation of reaction networks, and SBGN-AF for the representation of influence graphs. The SBGN notation not only standardizes the representation of networks, but also gives the concepts of systems biology that are most often used to express knowledge of the field.Our work takes its root in this general background. We have developped a number of methods to construct molecular networks and analyze their dynamics. All the methods that we propose are based on qualitative formalisms, such as logics or automata networks. These formalisms have solid theoretical bases and can be used by numerous pieces of software. All our methods also rely on the biological concepts given by the SBGN standard, and can therefore be blended in the same theoretical framework.First, we introduce two sets of predicates that allow to translate any SBGN-PD or SBGN-AF network into a set of ground atoms. Then, we show how these sets of predicates can be used to reason on networks, by proposing a transformation method of SBGN-PD signaling networks into SBGN-AF influence graphs.Second, we present a first-order logic based method to construct signaling networks from experimental results. This method formalizes and automatizes biologists' reasoning using explicit reasoning rules.On the contrary to existing methods, it allows to take into account numerous types of experimental results while reconstructing precise molecular mecanisms.Third, we show a new method to compute the finite traces and attractor points of Boolean networks that model SBGN-AF networks and that are parameterized using general principles.Finally, we introduce two new qualitative semantics for the computation of the dynamics of SBGN-PD reaction networks. These semantics are expressed using automata networks. The first semantics extends the classical Boolean semantics by taking into account inhibitions. As to the second one, it relies on the concept of story which introduces a new point of view on reaction networks. Indeed, it allows to model different physical states of the same molecular entity using a unique variable.All the methods that we have developped show how qualitative formalisms can be used to reason on the relations represented by molecular networks in order to discorver new knowledge in systems biology.

En milieu marin, toute surface immergée est soumise à une colonisation par de nombreux organismes (biofouling). Le développement de biofilms est une étape clé du phénomène. Les systèmes de communication y sont contrôlés par le biais de signaux chimiques. Dans ce travail, l’étude de la signature métabolique de biofilms naturels formé in situ a été réalisée selon un gradient de pollution en contaminants métalliques dans la rade de Toulon et selon la nature du revêtement de la surface immergée. De nettes variations chimiques des biofilms prélevés sont observées et sont corrélées avec des variations en termes de communauté microbiennes. L’étude in vitro de 4 souches bactériennes issues de biofilms naturels a permis, après optimisation des méthodologies d’analyse, une discrimination selon leur profil métabolique. Des biomarqueurs ont été mis en évidence, avec notamment la production de lipides ornithine par la souche Pseudoalteromonas lipolytica. La réponse biologique de cette souche en fonction de son phénotype et face à un stress cuprique a été étudiée par métabolomique et protéomique révélant d’importantes modulations de certaines voies biosynthétiques. / In the marine environment, any immersed surface is subjected to colonization by many organisms (biofouling). The biofilms development is a key stage of this phenomenon. Communication systems are controlled in these structures by chemical signals. In this work, the study of the chemical signature of natural biofilms formed in situ was carried out among a gradient of contamination of metal contaminants in the bay of Toulon and according to the nature of the coating on the immersed surface. Clear chemical variations of the biofilms collected were observed and were correlated with variations in microbial community. The in vitro study of 4 bacterial strains harvested from natural biofilms allowed, after optimization of the analysis methodologies, their discrimination according to their metabolic profile. Biomarkers were highlited, particularly ornithine lipids production by the Pseudoalteromonas lipolytica strain. The biological response of this strain depending on its phenotype and face to copper stres was studied by metabolomics and proteomics revealing important modulations of certain biosynthetic patways.

Dans le but d'identifier de nouveaux inhibiteurs du chikungunya (CHIKV), de la dengue (DENV) et de la zika (ZIKV), une étude systématique portant sur 339 extraits d'Euphorbiaceae tropicales a été réalisée grâce à un test cellulaire d'inhibition du CHIKV et à des tests d'inhibition de l'ARN-polymérase de DENV et ZIKV.Sandwithia guyanensis et Sagotia racemosa, deux espèces provenant de Guyane française, dont les extraits d'écorce présentaient une forte activité anti-CHIKV importante, ont d'abord été étudiées. À la suite d'un processus d'isolement bioguidé classique, plus de 20 nouveaux diterpènes ont été caractérisés, mais aucun d'entre eux ne présentait une activité antivirale significative. Pour résoudre ce problème, des réseaux moléculaires (MN) ont été construits grâce aux données de LC-MS/MS obtenues à partir des fractions chromatographiques des deux extraits. L'annotation des MN, a permis l'identification d'analogues du phorbol, connus pour être de puissants inhibiteurs du CHIKV. Présents à l'état de traces, ces composés fournissent une explication plausible à l'activité anti-CHIKV des deux extraits.Dans une deuxième étude, une stratégie de priorisation des extraits de plantes basée sur la fusion de données taxonomiques et d'essais biologiques au sein d'un MN a conduit à l'isolement et à la caractérisation ciblée de plusieurs inhibiteurs doubles de Codiaeum peltatum. Les deux études illustrent comment les MN et les progrès récents en matière d'annotation des données de LC-MS/MS peuvent être mis en œuvre dans les études phytochimiques pour améliorer le processus découverte de composés bioactifs. / In order to identify new inhibitors of chikungunya (CHIKV), dengue fever (DENV) and zika (ZIKV), systematic study with 339 extracts from tropical Euphorbiaceae species was performed in a virus-cell-based assay for CHIKV and DENV and ZIKA NS5 inhibition assaysThe French Guianese species Sandwithia guyanensis and Sagotia racemosa, from which bark extracts exhibited significant anti-CHIKV activities, were first investigated. Following a classical bioguided isolation workflow, more than 20 new diterpenes were characterized but none of them showed significant antiviral activity. To adress this issue, molecular networks (MN) were built from the LC-MS/MS data acquired from the chromatographic fractions of both extracts. The annotation of the MNs led to the identification of phorbol analogues, known to be potent CHIKV inhibitors. Present at trace levels, these compounds provide a plausible explanation for the anti-CHIKV activity of both extracts.In a second study, a strategy to prioritize plant extracts based on the fusion of taxonomic data and bioassays within a MN led to the isolation and targeted characterization of several dual inhibitors from Codiaeum peltatum. Both studies illustrate how MN and recent advances in LC-MS/MS data annotation can be implemented in phytochemical studies to improve the bioactive compounds discovery process.

Le diabète de type 2 est souvent associé à un stress oxydant pouvant entrainer plusieurs complications métaboliques. Au Sénégal, en plus du traitement médicamenteux, les plantes médicinales restent encore très utilisées dans la prise en charge de cette pathologie. Le but de ce travail a été de contribuer à la valorisation de la biodiversité sénégalaise et plus particulièrement d’approfondir les connaissances phytochimiques de Parinari macrophylla Sabine, utilisée traditionnellement pour le traitement du diabète. Pour cela, l’activité anti-radicalaire totale et au niveau moléculaire des feuilles et écorces a été déterminée par les méthodes TEAC, ORAC et HPLC - ABTS•+ online. De plus un screening phytochimique (réactions de précipitation, CCM) a été réalisé et a permis de mettre en évidence plusieurs groupes chimiques de composés tels que des flavonoïdes, des tanins, des terpènes, des anthracènes, des saponosides, des hétérosides cardiotoniques et des alcaloïdes. Pour l’identification des composés actifs, la RMN et l’approche par réseau moléculaire (UHPLC-MS), ont permis d’identifier l’acide chlorogénique, l’hyperoside, la procyanidine B2 et d’autres procyanidines. L’étude in vitro réalisée sur un modèle cellulaire RINm5F a montré une faible activité anti-radicalaire des extraits de plante vis-à-vis d’un stress induit à l’HX-XO. Toutefois les composés identifiés dans cette étude sont connus pour leurs effets antioxydants et inhibiteurs sur les enzymes digestives responsables du métabolisme du glucose. Cela pourrait justifier l’utilisation de cette plante dans le traitement du diabète de type 2 par les tradithérapeutes Sénégalais. / Type 2 diabetes is often associated with oxidative stress that can lead to several metabolic complications. In Senegal, in addition to drug treatment, medicinal plants are still widely used in the treatment of this pathology. The aim of this work was to contribute to the enhancement of Senegalese biodiversity and more particularly to improve the phytochemical properties of Parinari macrophylla Sabine, traditionally used for the treatment of diabetes. For this, the total antiradical activity and at the molecular level of leaves and bark has been determined by the TEAC, ORAC and HPLC - ABTS-+ online methods. In addition, a phytochemical screening (precipitation reactions, CCM) was carried out and revealed several chemical groups of compounds such as flavonoids, tannins, terpenes, anthracenes, saponosides, cardiotonic heterosides and alkaloids. For the identification of active compounds, NMR and the molecular network approach (UHPLC-MS), identified chlorogenic acid, hyperoside, procyanidin B2 and other procyanidins. The in vitro study carried out on a RINm5F cellular model showed a low anti-radical activity of plant extracts against HX-XO-induced stress. However, the compounds identified in this study are known for their antioxidant and inhibitory effects on digestive enzymes responsible for glucose metabolism. This could justify the use of this plant in the treatment of type 2 diabetes by Senegalese traditional therapists.

Cette thèse propose une méthode pour construire des réseaux de régulation causales réalistes, qui a une taux de faux positifs inférieur aux méthodes traditionnelles. Cette approche consiste à intégrer des informa- tions hétérogènes à partir de deux types de prédictions de réseau pour déterminer une explication causale du gène observé co-expression. Ce processus d'intégration se modélise comme un problème d'optimisation combinatoire, de complexité NP-difficile. Nous introduisons une approche heuristique pour déterminer une solution approchée en un temps d'exécution pratique. Notre évaluation montre que, pour l'espèce modèle E. coli, le réseau de régulation résultant de l'application de cette méthode a une précision supérieure à celle construite avec des outils traditionnels. La bactérie Acidithiobacillus ferrooxidans présente des défis particu- liers pour la détermination expérimentale de son réseau de régulation. En utilisant les outils que nous avons développés, nous proposons un réseau de régulation putatif et analysons la pertinence de ces régulateurs centraux. Il s'agit de la quatrième contribution de cette thèse. Dans une deuxième partie de cette thèse, nous explorons la façon dont ces relations réglementaires se manifestent, en développant une méthode pour compléter un réseau de signalisation lié à la maladie d'Alzheimer. Enfin, nous abordons le problème ma- thématique de la conception de la sonde de puces à ADN. Nous concluons que, pour prévoir pleinement les dynamiques d'hybridation, nous avons besoin d' une fonction de l'énergie modifiée pour les structures secondaires des molécules d'ADN attaché surface et proposons un schéma pour la détermination de cette fonction.

L'adaptation d'une bactérie aux changements de son environnement est contrôlée par un réseau de régulation large et complexe, faisant intervenir de nombreux acteurs et modules différents. Dans ce travail, nous avons étudiés un module de régulation spécifique, contrôlant l'adaptation de la bactérie Escherichia coli à un changement de sources de carbone. Dans un milieu contenant du glucose et de l'acétate, la croissance est divisée en deux phases : les bactéries utilisent préférentiellement le glucose et commencent à métaboliser l'acétate qu'après l'épuisement du glucose. En effet, la présence du glucose réprime la transcription d'un gène nécessaire à la croissance sur acétate, le gène acs (codant pour l'acétyl-CoA synthétase). Le mécanisme régulateur fait intervenir le facteur de transcription Crp-AMPc et le système de transfert de phosphate (PTS), qui permet l'import du glucose. Plusieurs modèles décrivent en détail la cascade de réactions moléculaires à l'origine de cette " répression catabolique ". Cependant, certaines de nos observations expérimentales ne sont pas correctement prédites par les modèles actuels. Ces modèles doivent être révisés ou complétés. L'outil majeur que nous employons pour les expériences est la fusion transcriptionnelle : une région promotrice fusionnée en amont d'un gène rapporteur (GFP, luciferase). Avec ces constructions, nous mesurons la dynamique de l'expression génique dans différentes souches (mutants) et différentes conditions environnementales. Les observations à l'échelle de la population sont corroborées par des mesures similaires à l'échelle de la cellule unique. Nous utilisons cette même technologie pour construire de petits systèmes synthétiques qui sondent davantage le phénomène de répression catabolique. Nous avons ainsi créé un interrupteur génétique dont le fonctionnement est contrôlé par le flux glycolytique et nous avons construit un petit système de communication intercellulaire basé sur la molécule AMPc. Enfin, nous proposons une manière originale de mesurer l'état métabolique des cellules en utilisant la dépendance énergétique de la luciferase.

Les promesses de la médecine de précision dépendent de nouvelles solutions technologiques pour le diagnostic. Dans l’aire post-génomique, les approches de biologie synthétique pour la médecine apportent de nouvelles façon de sonder, monitorer et interfacer la physiopathologie humaine. Émergeant en tant que champ scientifique mature dont la transition clinique s’accélère, la biologie synthétique peut être utilisée pour appliquer des principes d’ingénierie afin de concevoir et construire des systèmes biologiques comprenant des spécifications cliniques. Une application particulièrement intéressante est de développer des outils diagnostiques polyvalents, programmables et intelligents étroitement interconnectés avec la thérapie. Cette thèse présente de nouveaux concepts et approches d’ingénierie pour concevoir des dispositifs biosynthétiques capable d’interfacer les maladies humaines dans des échantillons cliniques en exploitant du traitement de signal au niveau biomoléculaire, à la lumière d’un besoin croissant en termes de capacités et de robustesse. Cette thèse s’intéresse en premier lieu à l’ingénierie de circuits synthétiques de gènes, reposant sur les portes logiques à integrases, pour intégrer des opérations modulaires et programmables de biodétéction de biomarqueur associées à des algorithmes de décisions au sein de population de bactéries. Elle s’intéresse ensuite à des méthodologies systématiques dites bottom-up, pour programmer des protocellules synthétiques microscopiques, capables d’exécuter des opérations de biodétéction médicale et de biocomputation. Nous décrivons le développement de méthodes simples de fabrications microfluidique associées à des solutions pour implémenter des opérations Booléenne complexes en utilisant de circuits biochimiques synthétiques. Cette contribution s’élargit aussi à la caractérisation de l’espace de conception de protocellules à l’aide d’approches de design assisté par ordinateur, ainsi que à l’analyse de preuves mathématiques et biologiques pour l’utilisation de protocellules comme des dispositifs universels de calcul. L’articulation des principes biologiques fondamentaux avec les implications médicales concernant les dispositifs biosynthétiques développés dans ce travail, a été jusqu’à la validation clinique, et initie de nouveaux modèles pour le développement de diagnostics de nouvelle génération. Ce travail prévoit que la biologie synthétique est en train de préparer le future de la médecine, en supportant et accélérant le développement de diagnostics avec de nouvelles capacités, apportant un progrès biotechnologique direct depuis le laboratoire de biologie clinique jusqu’au patient. / The promise for real precision medicine is contingent on novel technological solutions to diagnosis. In the post-genomic era, synthetic biology approaches to medicine provide new ways to probe, monitor and interface human pathophysiology. Emerging as a mature field increasingly transitioning to the clinics, synthetic biology can be used to apply engineering principles to design and build biological systems with clinical specifications. A particularly tantalizing application is to develop versatile, programmable and intelligent diagnostic devices closely interconnected with therapy. This thesis presents novel engineering concepts and approaches to design synthetic biological devices interfacing human diseases in clinical samples through biomolecular digital signal processing, in light of a need for dramatic improvements in capabilities and robustness. It addresses primarily the engineering of synthetic gene circuits through integrase based digital genetic amplifiers and logic gates, to integrate modular and programmable biosensing of biomarkers and diagnostic decision algorithms into bacteria. It then investigates systematic bottom-up methodologies to program microscale synthetic protocells performing medical biosensing and biocomputing operations. We demonstrate streamlined microfluidic fabrication methods and solutions to implement complex Boolean operation using integrated synthetic biochemical circuits. This contribution also extends to the characterization of protocell design space through novel computer assisted design frameworks, as well as the analysis of mathematical and biological evidence for universal protocellular biocomputing devices. The articulation of biological governing principles and medical implications for the synthetic devices developed in this work was further validated in the clinic, and initiates new models towards next-generation diagnostics. This work envisions that synthetic biology is preparing the future of medicine, supporting and speeding up the development of diagnostics with novel capabilities to bring direct improvement in biotechnologies from the clinical lab to the patient.

Une méthode permettant de caractériser l’ensemble du métabolome secondaire de moisissures a été appliquée à la caractérisation des métabolomes de Penicillium nordicum, Penicillium verrucosum et Fusarium graminearum. Le substrat représentant l’unique source de carbone et d’azote des moisissures, chacun des champignons ont été mis en culture sur trois types de grains de blé: (i) grains naturels, (ii) grains marqués à 97% de 13C, et (iii) grains marqués à 53% 13C et 97% de 15N. Les extraits ont été analysés par HRMS. Les métabolites secondaires ont été spécifiquement détectés et leurs formules brutes ont été caractérisées. La caractérisation de nouveaux métabolites secondaires a ensuite été assistées par la génération de réseaux moléculaires de similarités MS/MS. L’étude de P. verrucosum et P. nordicum a permis de détecter 98 et 92 métabolites secondaires respectivement. Parmi eux, 80% étaient inconnus. La génération de réseaux moléculaires a permis de mettre en évidence un groupe de 25 composés se fragmentant de manière similaire. Seize de ces composés ont été identifiés comme étant des dérivés de fungisporines, des métabolites suspectés d’intervenir dans la croissance aérienne des champignons. Des analyses structurales ont permis de caractériser de nouveaux composés potentiellement impliqués dans l’infestation des denrées alimentaires. Le marquage du métabolome de F. graminearum par des isotopes stables a permis de mettre en évidence la production de 37 métabolites secondaires dont 29 inconnus lorsque le champignon se développe in vitro. Des analyses par MSn ont permis d’élucider les structures des fusaristatines C et D. / Characterization of fungal secondary metabolomes became a great challenge in the last decades due to both the emergence of fungal threats, and the industrial interest of many natural products; In view of this, we recently developed an analytical strategy for fungal secondary metabolome characterization (Cano P. et al. Anal. Chem. (2013) 85:8412) based on untargeted MS metabolomics applied to labeled samples. This strategy has been here validated by application to the analysis of the complex secondary metabolomes of Penicillium verrucosum and Penicillium nordicum. HRMS acquisitions performed on specific isotopically labelled samples, MS/MS experiments and in-silico emerging tools such as molecular networks, allowed to characterize 181 metabolites, including 80% of new compounds, and the structural determination of seven potential new mycotoxins. Penicillium verrucosum (NRRL 5571) and Penicillium nordicum (NRRL 6062) were grown on wheat grains (Triticum aestivum) presenting different isotopic enrichments: (i) naturally enriched grains, (ii) 97% 13C, and (iii) 53% 13C / 97% 15N. Extracts of each culture were analyzed by HPLC coupled to a LTQ-Orbitrap mass spectrometer equipped with electrospray ionization, operating in the positive or the negative mode. Metabolites were then specifically detected according to the specific isotopic pattern of their respective isotopic enrichments. Known secondary metabolites were annotated using the Antibase database, then identified by comparison with standard compounds when available. Unknown secondary metabolites were annotated using molecular networks of MS/MS similarities (Watrous J. et al.; PNAS (2012) 109 E1743). Wheat grains representing the only source of carbon and nitrogen for fungal growth, the produced fungal secondary metabolites were either unlabeled (naturally enriched cultures), singly labeled (13C cultures) or doubly labeled (13C/15N cultures). This feature allowed discrimination of fungal metabolites against non-fungal compounds which remained unlabeled in the three substrates. Fungal origin was further confirmed by analysis of a control 12C wheat extract (without fungus). Furthermore, the comparison of m/z ratios of a same metabolite detected in the three different cultures, led to the unambiguous determination of the number of carbon and nitrogen atoms and therefore to the unambiguous characterization of its chemical formula. This approach previously developed and validated on a well characterized fungus, has been here successfully applied to the characterization of the complex and unknown secondary metabolomes of P. verrucosum and P. nordicum. Analyses of the two studied fungal strains allowed the detection of 181 secondary metabolites. Interestingly, only 20% of them are suspected to match known metabolites according to databases, meaning that 80% of this metabolome is unknown. To enhance unknown identification efficiency, a molecular network of MS/MS similarities has been generated from our data. A group of 24 metabolites with highly similar MS/MS spectra was highlighted on P. nordicum and P. verrucosum. Fifteen of them were identified as cyclic tetrapeptides from the fungisporin family. Tandem mass spectrometry experiments were performed to characterize the structure of these secondary metabolites. To the best of our knowledge, this is the first time these molecules are pointed out on these Penicillium species. More interestingly, seven of the other metabolites display some similarities with fungisporins, but have never been detected on fungal metabolomes. Furthermore, although the two studied strains are genetically close, these new metabolites seem to be strain specific.

L'identification de biomarqueurs et de nouvelles cibles thérapeutiques constitue un enjeu majeur de la recherche biomédicale visant au développement de la médecine personnalisée. L'objectif de cette thèse est d'étudier, à l'aide de puces à ADN, les modulations transcriptionnelles associées à la pathogénèse et à la réponse thérapeutique dans le cas de deux pathologies: l'infection par le Virus de l'Hépatite C (VHC) et la Polyarthrite Rhumatoïde (PR).Des biomarqueurs prédictifs de la réponse au traitement standard interféron ont été identifiés grâce à un modèle cellulaire ex vivo. Par ailleurs, l'analyse de données d'expression de deux modèles d'infection par le VHC (réplicon et infectieux) a permis de mettre en évidence les modulations transcriptionnelles résultant de l'activité antivirale de la chloroquine, une alternative potentielle anti-VHC. Dans le cas de la PR, nous avons identifié des biomarqueurs dont l'expression est corrélée au succès thérapeutique de l'anti-TNF Enbrel. / The identification of biomarkers and new therapeutic targets is a major challenge of biomedical research for the development of personalized medicine. The objective of this thesis is to study, using DNA microarrays, transcriptional modulations associated with the pathogenesis and therapeutic response in the case of two diseases: infection with Hepatitis C Virus (HCV) and Rheumatoid Arthritis (RA).Predictive biomarkers of response to standard interferon treatment were identified using an ex vivo cell model. Furthermore, analysis of expression data of two models of infection with HCV (replicon and infectious) has highlighted the transcriptional modulations resulting from the antiviral activity of chloroquine, a potential anti-HCV alternative. In the case of RA, we have identified biomarkers whose expression correlates with the therapeutic success of Enbrel anti-TNF drug.

Cette thèse initie et développe un programme ayant pour but de définir une stratégie de priorisation efficace pour accélérer la découverte de molécules bioactives au sein d’extraits végétaux. Dans le cadre de ce projet, plusieurs criblages biologiques ont été menés sur une collection de 292 extraits d'Euphorbiaceae.Afin d’identifier et cibler au sein de ces mélanges complexes les structures d’intérêt biologique tout en écartant les molécules connues ou présentant un intérêt structural limité, les profils métabolomiques des extraits ont été acquis par spectrométrie de masse tandem. Pour exploiter au mieux la quantité d'information générée par ces analyses, les spectres MS2 ont ensuite été organisés sous forme de réseaux moléculaires. Ces réseaux permettent de lier les ions détectés en fonction de la similarité de leurs voies de fragmentation et donc de leur proximité structurale. Les informations taxonomiques et d’activités biologiques ont été croisées avec les données spectrales au sein de cette carte moléculaire multi-informative, offrant ainsi une approche nouvelle pour accélérer la découverte de nouveaux ligands des cibles biologiques étudiées et pour une sélection plus pertinente des extraits à forte diversité structurale.Si l’outil des réseaux moléculaires représente une méthode innovante et particulièrement instructive pour le phytochimiste, il présente cependant quelques défauts qui limitent son spectre d'utilisation et ses capacités en métabolomique. Une deuxième partie de cette thèse a donc été consacrée à l’implémentation d’une étape de prétraitement pour améliorer la fiabilité des réseaux et au développement de MetGem, un logiciel dédié à la génération de réseaux moléculaires permettant d’optimiser la gestion et l’analyse des matrices de scores de similarité spectrale. / This thesis initiates and develops a program seeking to accelerate the discovery of new therapeutic molecules using an efficient prioritization strategy. As part of this project, a collection of 292 Euphorbiaceae extracts was screened over several biological targets.To focus on unknown bioactive chemicals and to avoid the isolation of known or inactive molecules, the acquisition of high resolution tandem mass spectrometry profiles of these extracts was performed. To highlight relevant information within these data, MS2 spectra were organized as molecular networks. It consists in visualizing tandem mass spectrometry data by detecting related MS2 spectra and representing them in a same spectral space. Taxonomical details and bioassay screening results were merged with the network visualization to generate a comprehensive multi-informative molecular map, which offers a radically novel outlook to target novel bioactive scaffolds and select extracts with high structural diversity. Although very instructive for the phytochemist, the molecular networking tool has some imperfections that limit its potential in metabolomics. Therefore, the second part of this thesis was dedicated to the introduction of a data preprocessing step to enhance the networks reliability and to the development of MetGem, a software dedicated to the generation of molecular networks to improve the way matrices of similarity scores are managed and analyzed.