Ce travail porte sur l'étude de la fidélité de la traduction chez les eucaryotes d'un point de vue mécanistique et génomique. Au cours de ma thèse j'ai développé trois approches :Le premier projet porte sur l'étude du rôle du facteur de l'élongation eEF2 dans le maintien du cadre de lecture. La stratégie associe une mutagénèse aléatoire du gène EFT2 à un criblage phénotypique, elle permet d'isoler des mutants capables d'augmenter ou diminuer l'efficacité de recodage d'une séquence de décalage du cadre de lecture en -1.Le second projet décrit la mise au point d'un système de traduction en molécule unique qui permet d'étudier le ribosome eucaryote. La traduction est initiée grâce à l'IRES CrPV qui a pour caractéristique d'être totalement indépendante des facteurs d'initiation et de l'ARNt initiateur. L'élongation de la traduction est détectée grâce au départ d'un oligonucléotide fluorescent qui est décroché par l'activité hélicase du ribosome. Les résultats de ces expériences constituent une preuve de principe démontrant que l'étude de la traduction eucaryote en molécule unique est possible.Le troisième projet est une étude de génomique comparative qui permet de rechercher des événements de recodage ainsi que d'autres événements non-conventionnels de la traduction dans le génome de la levure Saccharomyces cerevisiae. L'approche est basée sur une recherche d'organisations génomiques conservées au sein de 19 génomes de levures. Les gènes candidats sont testés in vivo grâce à un vecteur double rapporteur. Cette étude a permis de mettre en évidence le gène VOA1 qui a été ensuite caractérisé plus en détails.

La synthèse des sélénoprotéines fait appel à un mécanisme de recodage traductionnel d’un codon UGASec. Chez les mammifères, ce processus est conditionné par le recrutement de facteurs spécialisés dans la région 3’UTR des ARNm de sélénoprotéines, au niveau d’une tige-boucle appelée SECIS. Lors de ma thèse, nous avons montré que certains ARNm de sélénoprotéines possèdent une coiffe hyperméthylée m32,2,7G à leur extrémité 5’, à la manière d’ARN non-codants, et ne sont pas reconnus efficacement par le facteur canonique d’initiation de la traduction eIF4E. Nous avons déterminé le mécanisme de biogenèse de cette coiffe qui fait appel à la Triméthyl-guanosine synthase, et avons montré que les ARNm de sélénoprotéines coiffés m32,2,7G sont traduits in vivo. Par ailleurs, nos résultats indiquent que l’initiation de la traduction des ARNm de sélénoprotéines suit un mécanisme atypique qui ferait intervenir des éléments structuraux de l’ARNm, la région 3’UTR et une GTPase encore inconnue. / Selenoprotein synthesis requires co-translational recoding of in-frame UGA codons. In mammals, this process is governed by the recruitment of dedicated factors on a hairpin structure, called SECIS, in the 3’UTR of selenoprotein mRNAs. During my PhD, we showed that several selenoprotein mRNAs bear a hypermethylated m32,2,7G cap and undergo a similar 5’ end maturation pathway than non-coding RNAs. This cap biogenesis mechanism involves the enzyme Trimethyl-guanosine synthase, m32,2,7G capped selenoprotein mRNAs are not efficiently recognized by the canonical translation initiation factor eIF4E but are translated in vivo. Furthermore, our results suggest the existence of an atypical mechanism of translation initiation for selenoprotein mRNAs. This process involves structural RNA determinants, the 3’UTR region and a GTPase that remains to be identified.

La synthèse des protéines est un mécanisme central de la vie cellulaire dont la compré-hension est un enjeu pour la recherche biomédicale. Des phénomènes comme les erreurs programméesde la traduction eucaryote ou l’initiation par des structures IRES virales sont impliqués dans les processusde réplication de virus et de bactéries. Mieux appréhender ces processus est une étape essentiellepour aboutir au développement d’approches thérapeutiques innovantes. Les études en molécule uniquepermettent d’observer chaque système réactionnel individuellement et donnent accès à des évènementsasynchrones difficilement observables en mesure d’ensemble, tels la traduction de protéines.Ce manuscrit de thèse présente une approche d’étude de la traduction par un ribosome eucaryote(mammifère) en molécule unique. Nous observons les systèmes traductionnels grâce à des marqueursfluorescents liés à des oligonucléotides pouvant s’hybrider sur les séquences d’ARN messagers traduites.L’observation de ces marqueurs est faite par microscopie de fluorescence en réflexion totale (TIRFM),les ARNm étant accrochés à la surface de l’échantillon. En lisant l’ARNm, le ribosome détache lesmarqueurs, et leurs instants de départ nous permettent de remonter à la dynamique de traductionde ribosomes individuels. Cette méthode permet d’obtenir des données cinétiques statistiques surun grand nombre de systèmes traductionnels en parallèle pouvant alors être ajustées par des lois deprobabilité. Partant de ce principe, mes travaux de thèse ont eu pour objectif d’étendre nos expériencesà une nouvelle problématique biologique : l’étude des évènements non canoniques de la traductioneucaryote. Pour cela nous avons apporté les modifications et les optimisations nécessaires au dispositifet au protocole expérimental pour l’adapter à ces nouveaux enjeux.Nos mesures de la cinétique in vitro de l’élongation eucaryote ont mis à jour un délai dû à uneinitiation non-canonique. En effet, nous réalisons le recrutement du ribosome par l’ARNm grâce àune structure virale de type IRES. Dans nos conditions d’expérience, l’incorporation d’un acide aminéprend environ une seconde tandis que cette structure induit un retard à la traduction de plusieursdizaines de secondes. Nous avons réalisé une étude comparative de plusieurs de ces structures viraleset avons montré que le délai mesuré était une caractérisitique conservée dans le cadre de l’initiation noncanonique. Ce résultat ouvre des perspectives d’études cinétiques tant pour approfondir nos conclusionssur les IRES que pour aborder d’autres évènements non canoniques tel que le décalage de la phase delecture ou le franchissement du codon stop. / The synthesis of proteins is a central mechanism of cellular life whose understandingis an issue for biomedical research. Phenomena such as programmed errors of eukaryotic translation orinitiation by viral IRES structures are involved in virus and bacterial replication processes. A Betterunderstanding of these processes is an essential step towards the development of innovative therapeuticapproaches.Single molecule studies allow each reaction system to be observed individually and give accessto asynchronous events, such as protein translation, that are difficult to observe in overall measurements.This phD manuscript presents a single molecule approach to study translation by a eukaryotic(mammalian) ribosome.We observe the translational systems thanks to fluorescent primers linked to oligonucleotides thatare hybridized to the translated mRNA sequences. These markers are observed by Total InternalReflection Fuorescence Microscopy (TIRFM) ; with the mRNAs attached to the sample surface. Whilereading the mRNA, the ribosome detaches the primers, and their instants of departure give us access tothe translation dynamics of individual ribosomes. This method makes it possible to obtain statisticalkinetic data on a large number of parallel translational systems, which can then be fitted by probabilitylaws. On the basis of this principle, my phD work aimed at extending our experiments to a newbiological issue : the study of non-canonical events in eukaryotic translation. To this end, we havemade the modifications and optimizations necessary for the set-up and the experimental protocol toadapt them to these new challenges.Our measurements of the in vitro kinetics of eukaryotic elongation have revealed a delay due tonon-canonical initiation. Indeed, the ribosome are recruited on the mRNA thanks to a viral, IREStype structure. Under our experimental conditions, the incorporation of an amino acid takes aboutone second while this structure induces a translation delay of several tens of seconds. We carried outa comparative study of several of these viral structures and showed that the measured delay was acharacteristic preserved in the framework of the non-canonical initiation. This result opens up prospectsfor kinetic studies both to deepen our conclusions on IRES and to address other non-canonical eventssuch as programmed frameshifting or STOP codon readthrough.

Cette thèse porte sur l’influence des facteurs sémantiques dans la résolution de problèmes additifs isomorphes, et sur les différences de difficulté en résultant. Les contextes statiques favorisent la stratégie basée sur la recherche de la valeur de la partie complémentaire et ceux de type temporel favorisent l’analogie entre éléments homologues. L’objectif est de : (i) montrer que les situations de transformation d’états sont intermédiaires entre les situations statiques et temporelles, (ii) faire appliquer à des contextes statiques la procédure favorisée par le contexte temporel et inversement. Les expériences sont réalisées auprès d’élèves de CM1/CM2. La première atteste du statut intermédiaire des situations de transformation d’état, leur conférant un rôle pivot potentiel pour certaines acquisitions. Les problèmes de transvasement favorisent moins la solution fondée sur le complément que les énoncés de type ensembliste et moins la solution fondée sur la comparaison que ceux de type temporel. Dans la seconde expérience, deux conditions d’apprentissage sont testées : l’une par instruction écrite, l’autre par intervention pédagogique orale. Cette dernière favorise nettement la stratégie par différence-comparaison pour des problèmes d’effectifs, et celle par différence-complément pour les problèmes d’âges. L’effet de généralisation est plus marqué dans le groupe qui a appris la stratégie par différence-comparaison. Dans l’apprentissage écrit, la stratégie différence-comparaison est transférée aux problèmes d’effectifs et généralisée aux problèmes non appris ; la stratégie différence-complément n’est pas transférée aux contextes inhabituels. / This thesis examines semantic factors in additive problem solving and the related differences in difficulties. The problems studied can be solved by two strategies: the complementation strategy, based on a step by step procedure; and the matching procedure, based on the analogy between homologous elements. The two objectives of this work are: (i) to show that change problems are intermediate between combination problems with frequency contexts and combination problems with age contexts; (ii) to transfer to age problems the complementation procedure usually applied to frequency problems, and transfer to frequency problems the matching strategy usually applied to age problem. The experiments were conducted with children of 4th and 5th grades. The first experiment demonstrates that the change situations are intermediate between frequency and age problems. less often solved by a complementation strategy than frequency problems and less often solved by a matching strategy than age problems. In the second experiment, two teaching situations were tested. The first consisted in giving written instruction, in order to transfer the matching strategy to frequency problems, and to transfer the complementation procedure to age problems the transfer was observed for the matching strategy but not for the complementation strategy. The second teaching method consisted in oral lessons in class, the goal bieing similar: a massive effect of transfer of both procedures was observed as well as a generalization effect to problems with other contexts.

Ce travail porte sur l’étude de la fidélité de la traduction chez les eucaryotes d’un point de vue mécanistique et génomique. Au cours de ma thèse j'ai développé trois approches :Le premier projet porte sur l’étude du rôle du facteur de l’élongation eEF2 dans le maintien du cadre de lecture. La stratégie associe une mutagénèse aléatoire du gène EFT2 à un criblage phénotypique, elle permet d’isoler des mutants capables d’augmenter ou diminuer l’efficacité de recodage d’une séquence de décalage du cadre de lecture en -1.Le second projet décrit la mise au point d’un système de traduction en molécule unique qui permet d’étudier le ribosome eucaryote. La traduction est initiée grâce à l’IRES CrPV qui a pour caractéristique d’être totalement indépendante des facteurs d’initiation et de l’ARNt initiateur. L’élongation de la traduction est détectée grâce au départ d’un oligonucléotide fluorescent qui est décroché par l’activité hélicase du ribosome. Les résultats de ces expériences constituent une preuve de principe démontrant que l’étude de la traduction eucaryote en molécule unique est possible.Le troisième projet est une étude de génomique comparative qui permet de rechercher des événements de recodage ainsi que d’autres événements non-conventionnels de la traduction dans le génome de la levure Saccharomyces cerevisiae. L’approche est basée sur une recherche d’organisations génomiques conservées au sein de 19 génomes de levures. Les gènes candidats sont testés in vivo grâce à un vecteur double rapporteur. Cette étude a permis de mettre en évidence le gène VOA1 qui a été ensuite caractérisé plus en détails. / This report describes a study of translation fidelity in Eukarya. Two aspects are tested: the molecular mechanism of recoding and the research of recoding events at the genomic level. During my PhD I have developed three projects:The first project deals with the role of the elongation factor eEF2 in reading frame maintenance. The strategy is based on a random mutagenesis of EFT2 and a phenotypic screening in order to isolate mutants increasing or reducing -1 frameshifting efficiency.The second project describes the development of a single molecule translational system to study the eukaryotic ribosome. Translation initiation is mediated by the CrPV IRES which is initiation factor and initiation tRNA independent. Elongation is monitored with the dissociation of a fluorescent oligonucleotide by the helicase activity of the ribosome. This work is a proof of principle that studying eukaryotic ribosome with single molecule techniques is now feasible.The third project is a comparative genomic approach to search for recoding and unconventional translational events in the genome of yeast Saccharomyces cerevisiae. The approach is based on the detection of conserved genomic organization among 19 Fungi genomes. The candidate genes are then tested in vivo with a dual reporter system. This study allowed the characterization of VOA1 which was further analysed.

La terminaison de la traduction intervient lorsqu'un ribosome rencontre un codon stop. Ce dernier est alors reconnu par le facteur eRF1p qui, en interaction avec eRF3p, provoque l'arrêt de la synthèse protéique. L'efficacité de terminaison de la traduction est déterminée par le contexte nucléotidique du codon stop. Ainsi, le contexte peut reprogrammer le codon stop en permettant aux ribosomes d'incorporer un ARNt avec une forte efficacité, on parle alors de translecture. J'ai démontré que chez S. cerevisiae les six nucléotides en 3' du codon stop sont déterminants dans l'efficacité de translecture, et que le motif général -CA(A/G)N(T/C/G)A- permet d'obtenir les plus fortes efficacités de passage des codons stop. Mon travail met en évidence que la translecture, identifiée jusqu'à présent uniquement dans des gènes viraux, est aussi retrouvée dans des gènes nucléaires. Elle permet de modifier l'expression des protéines concernées, en fonction des conditions environnementales. C'est notamment le cas du gène PDE2, pour lequel j'ai montré que la translecture permet de contrôler la stabilité de la phosphodiestérase de l'AMPc, et module ainsi le niveau d'AMPc intracellulaire. L'augmentation du niveau d'AMPc observée dans une souche [PSI+] pourrait permettre d'expliquer la grande diversité des phénotypes associés au facteur [PSI+]. Durant ce travail d'autre gènes soumis à un mécanisme de translecture ont été identifiés : il s'agit des gènes IMP3 et BSC4. Pour certains des autres candidats identifiés par notre approche "sans apriori", l'efficacité de translecture est indépendante de la concentration en facteur eRF3p. Ce résultat pourrait signifier qu'au niveau de ces codons stop, le mécanisme de terminaison est indépendant du facteur eRF3p. Le crible d'une banque multicopie d'ADNg m'a permis d'identifier de nouveaux candidats intervenant dans la terminaison de la traduction, ces résultats suggèrent une relation fonctionelle importante entre le cytosquelette et la terminaison de la traduction. L'étude des modifications des ARNt à mis en évidence le rôle important de la pseudouridination aux positions 38 et 39 dans les mécanismes de recodage (translecture et décalage du cadre de lecture). Ce travail a donc mis en évidence que la terminaison de la traduction est un point de contrôle de l'expression de certains gènes chez S. cerevisiae.

Cette thèse porte sur l'étude, la conception matérielle, la validation théorique et pratique, et enfin la comparaison de différents opérateurs arithmétiques pour des cryptosystèmes basés sur les courbes elliptiques (ECC). Les solutions proposées doivent être robustes contre certaines attaques par canaux cachés tout en étant performantes en matériel, tant au niveau de la vitesse d'exécution que de la surface utilisée. Dans ECC, nous cherchons à protéger la clé secrète, un grand entier, utilisé lors de la multiplication scalaire. Pour nous protéger contre des attaques par observation, nous avons utilisé certaines représentations des nombres et des algorithmes de calcul pour rendre difficiles certaines attaques ; comme par exemple rendre aléatoires certaines représentations des nombres manipulés, en recodant certaines valeurs internes, tout en garantissant que les valeurs calculées soient correctes. Ainsi, l'utilisation de la représentation en chiffres signés, du système de base double (DBNS) et multiple (MBNS) ont été étudiés. Toutes les techniques de recodage ont été validées théoriquement, simulées intensivement en logiciel, et enfin implantées en matériel (FPGA et ASIC). Une attaque par canaux cachés de type template a de plus été réalisée pour évaluer la robustesse d'un cryptosystème utilisant certaines de nos solutions. Enfin, une étude au niveau matériel a été menée dans le but de fournir à un cryptosystème ECC un comportement régulier des opérations effectuées lors de la multiplication scalaire afin de se protéger contre certaines attaques par observation. / This PhD thesis focuses on the study, the hardware design, the theoretical and practical validation, and eventually the comparison of different arithmetic operators for cryptosystems based on elliptic curves (ECC). Provided solutions must be robust against some side-channel attacks, and efficient at a hardware level (execution speed and area). In the case of ECC, we want to protect the secret key, a large integer, used in the scalar multiplication. Our protection methods use representations of numbers, and behaviour of algorithms to make more difficult some attacks. For instance, we randomly change some representations of manipulated numbers while ensuring that computed values are correct. Redundant representations like signed-digit representation, the double- (DBNS) and multi-base number system (MBNS) have been studied. A proposed method provides an on-the-fly MBNS recoding which operates in parallel to curve-level operations and at very high speed. All recoding techniques have been theoretically validated, simulated extensively in software, and finally implemented in hardware (FPGA and ASIC). A side-channel attack called template attack is also carried out to evaluate the robustness of a cryptosystem using a redundant number representation. Eventually, a study is conducted at the hardware level to provide an ECC cryptosystem with a regular behaviour of computed operations during the scalar multiplication so as to protect against some side-channel attacks.

Cette thèse concerne la fouille de données en sciences humaines. Cette branche récente de l'intelligence artificielle consiste en un ensemble de méthodes visant à extraire de la connaissance à partir de données stockées sur des supports informatiques. Parmi celles-ci, l'extraction de motifs et de règles d'association est une méthode de traitement des données qui permet de représenter de façon symbolique la structure des données, comme le font les méthodes statistiques classiques, mais qui, contrairement à celles-ci, reste opérationnelle en cas de données complexes, volumineuses. Toutefois ce modèle informatique des données, construit à partir de comptages de cooccurrences, n'est pas directement utilisable par les chercheurs en sciences humaines : il est essentiellement dédié aux données dichotomiques (vrai/faux), ses résultats directs, très morcelés, sont difficiles à interpréter, et sa validité peut paraître douteuse aux chercheurs habitués à la démarche statistique. Nous proposons des techniques que nous avons construites puis expérimentées sur des données réelles dans le but de réduire les difficultés d'utilisation que nous venons de décrire : 1) un test de randomisation à base d'échanges en cascade dans la matrice sujets x propriétés permet d'obtenir les liaisons statistiquement significatives entre deux propriétés, 2) une extension floue de la méthode d'extraction classique des motifs, qui produit des règles d'association floues généralisant les règles binaires et proches des règles floues définies par les chercheurs poursuivant les travaux de Zadeh, 3) MIDOVA, un algorithme extrayant les interactions n-aires entre variables - problème peu connu, peu abordé en informatique, et abordé avec de fortes limitations en statistiques - et 4) des méta-règles pour nettoyer le jeu de règles d'association de ses principales contradictions et redondances.