Le but de ces recherches était de contribuer au développement des analyses non séparatives d'espaces de tête par spectrométrie de masse (NSA-MS). Tout d'abord, l'optimisation des conditions d'acquisition des empreintes spectrales et le prétraitement des signaux ont été étudiés (mesure et le filtrage du bruit). De nouvelles possibilités ont été ensuite développées : contrôle de procédés sensibles, typologie d'atmosphères et estimation de caractéristiques sensorielles. Enfin, dans l'optique d'établir des bases de données pérennes un nouveau procédé de redressement du signal basé sur l'introduction d'une référence gazeuse dans le MS a permis de corriger les effets liés à des modifications des paramètres d'acquisition. Les résultats obtenus ont montré que les NSA-MS offraient des potentialités de caractérisation analytique puissantes à conditions d'être intégrées dans une statégie rigoureuse d'acquisition des empreintes et de traitement du signal.

Les molécules marquées aux isotopes stables, dont on peut assurer la traçabilité biologique grâce aux progrès récents des techniques analytiques, apportent de nouveaux moyens d’investigation du métabolisme. De nouveaux tests de diagnostics cliniques non invasifs sont, à ce jour, de pratique courante (ex. breath test à l’urée 13C). L’intérêt majeur des isotopes stables est évidemment leur innocuité vis-à-vis de l’organisme humain, contrairement aux produits radioactifs. Pour des raisons éthiques bien compréhensibles, l’usage de ces derniers est actuellement proscrit dans les essais in vivo chez l’homme ; dès lors, le développement de méthodes alternatives d’investigations métaboliques ou de diagnostics s’est révélé pertinent. L’objectif principal de notre étude est la mise au point d’un nouvel outil de suivi du métabolisme thyroïdien basé sur la double dilution de marqueurs isotopiques avec l’emploi de molécules marquées régio-sélectivement au carbone 13 (l’une est la sonde métabolique, la seconde le standard de quantification absolue). Les étapes développées sont les suivantes : 1.Biosynthèse du précurseur : la L-tyrosine contenant de 1 à 9 carbone 13 ; 2.Synthèse des hormones thyroïdiennes servant de traceurs biologiques ou de standards internes d’analyse (la thyroxine : 13C9 et 13C6-T4 ; la 3,3’,5-triiodothyronine : 13C9-T3) : optimisation de la voie de synthèse de façon à minimiser les pertes en réactifs marqués ; 3.Ingestion ou injection du traceur (13C6-T4) par l’animal ou par l’homme et collecte d’échantillons de plasma sur une période de temps donnée ; 4.Ajout du standard interne au plasma (13C9-T4 ou 13C9-T3) ; 5.Extraction par solvants, purification et dérivation des hormones thyroïdiennes (endogène, exogène et standard) du plasma ; 6.Analyse et quantification par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (par suivi des ions spécifiques de chaque entité moléculaire). L’optimisation instrumentale du protocole analytique GC-MS - à savoir la séparation chromatographique et la gestion des ions de masse en mode SIR - a été maîtrisée pour l’analyse de traces de T3 et T4 ; les limites de détection actuelles sont de l’ordre de 20 pg pour chacune des hormones. Une mise en œuvre de tests in vivo de 13C9-T4 comme traceur métabolique a été réalisée sur animaux sous contrôle vétérinaire avec la collaboration du Département de Biochimie Clinique de la « Royal Infirmary » d’Edinbourg. Ils nous ont permis de démontrer la faisabilité de la méthodologie (incorporation de la sonde et son suivi temporel) et la possibilité d’utiliser ces traceurs comme sondes chez l’homme. The principal objective of this thesis is the development of a new tool for the study of the thyroid metabolism based on double isotopic dilution technique with the use of two isotopomers of the same hormone enriched with distinct carbon 13 contents (one as metabolic tracer, the second as internal standard). The successive stages of the methodology are described below: 1.Biosynthesis of the starting material (L-tyrosine) enriched with 1 to 9 carbon 13; 2.Optimized synthesis of the thyroid hormones being used as biological tracers or analytical internal standards (thyroxine : 13C9 and 13C6-T4; 3,3',5-triiodothyronine : 13C9-T3); 3.Incorporation of the tracer (13C6-T4) by the patient and collect of samples of plasma over a given period of time; 4.Internal standard addition to plasma (13C9-T4 or 13C9-T3); 5.Solvent extraction, purification of the thyroid hormones (endogenous, tracer and standard) of the plasma; and derivatization of the thyroid hormones; 6.Analysis and quantification by gas chromatography coupled with mass spectrometry (by follow-up of the specific ions of each isotopomer), monitoring of (m/z) values 970/979 and 976/979 for thyroxine. The instrumental optimization of GC-MS analytical protocol - namely chromatographic separation and management of the ions of mass in SIR mode - was worked out for the analysis of traces of T3 and T4. The limit of detection is 20 pg for each molecule. A first implementation in in vivo tests of 13C9-T4 as a metabolic tracer was carried out under veterinary control on cats and rabbits thanks to the collaboration of the Clinical Department of Biochemistry of Royal Infirmary of Edinburgh. They enabled us to prove the feasibility of the methodology (incorporation of the probe and its temporal follow-up) and the possibility of using these tracers as probes for human beings.

Des exporteurs « ATP-Binding Cassette » (ABC) sont connus pour être responsables de la résistance contre un large spectre d'agents antibiotiques ou chimiothérapeutiques chez les bactéries et les cellules de mammifères. L'échange hydrogène / deutérium associé à la spectrométrie de masse (HDX-MS) a été utilisé pour caractériser les changements conformationnels de deux exporteurs ABC bactériens, BmrA et BmrC/BmrD, en présence et en absence de nucléotide. Les cinétiques locales d'HDX ont montré la nature hautement dynamique des domaines intra-cellulaires (ICDs) dans la forme apo, ce qui n'était pas attendu d'après les structures cristallographiques aux rayons X des protéines homologues. Dans la conformation ouverte vers l'extérieur (« outward facing »), domaines fixant les nucléotides (NBDs) interagissant, le mouvement des ICDs sont largement réduits pour les deux transporteurs. Les cinétiques d'HDX MS dans la conformation « outward facing » ont été déterminées en appliquant cette technique sur des mutants incapables d'hydrolyser les nucléotides et sur la forme sauvage inhibée au vanadate. La dynamique des NBDs, en particulier pour les régions qui interagissent au cours de l'hydrolyse de l'ATP, a été aussi diminuée dans la conformation « outward facing » comparativement à celle ouverte vers l'intérieur. L'ajout de différents agents connus pour être transportés par des transporteurs ABC n'a pas affecté la dynamique des NBDs. Par ailleurs, nous avons aussi appliqué l'HDX MS à la protéine GLIC, un homologue procaryote d'un « ligand-gated ion channel » pentamérique (pLGIC). Les cinétiques locales d'HDX sont en plein accord avec la structure cristallographique disponible et le changement de pH révèle des différences de deutération dans les régions d'interaction des sous-unités. / Some ATP-Binding Cassette exporters are known to be responsible for resistance against a broad spectrum of antibiotics and chemotherapeutic drugs in bacteria and mammalian cells. Amide hydrogen deuterium exchange coupled to mass spectrometry (HDX-MS) was applied to investigate the conformational changes in two different bacterial ABC exporters, BmrA and BmrC/BmrD, in the presence and absence of nucleotide. Local H/D exchange kinetics showed highly dynamic nature of ICDs in apo form which was not anticipated from X-ray structure of the homologue proteins. In outward facing (closed form) conformation the movement of ICDs were largely reduced for both transporters. The H/D exchange kinetics of closed form were determined by applying H/D exchange on mutants unable to hydrolyze nucleotides or on wild-type inhibited by vanadate. The dynamics of NBDs particularly for those regions which interact during ATP hydrolysis were also reduced in closed form as compared to open one. The addition of different drugs which are known to be transported by ABC transporters did not affect dynamics of NBDs. We further applied H/D exchange kinetics on a prokaryotic homologue of pentameric ligandgated ion channel (pLGIC) GLIC. Local H/D exchange kinetics were in full agreement with the available structure and change in pH showed differences in deuterium level for interacting regions of the subunits.

Les lymphocytes T régulateurs (Treg) jouent un rôle primordial dans l'établissement de la tolérance au soi et le contrôle des réactions inflammatoires. Dans les modèles expérimentaux, ainsi qu'en pathologie humaine, un défaut de cette population de Treg favorise le développement d'affections auto-immunes, soulignant ainsi le potentiel thérapeutique de ces Treg. Afin de mieux exploiter ce potentiel, il est donc indispensable de caractériser les mécanismes moléculaires qui influencent le développement et les fonctions suppressives de ces cellules. Mon projet de thèse a donc consisté à caractériser à grande échelle le protéome des Treg via une approche protéomique de quantification sans marquage et de le comparer à celui des lymphocytes T conventionnels (Tconv) afin de définir une signature spécifique des Treg. L'analyse protéomique globale de ces deux sous-populations a été réalisée par nanoLC-MS/MS sur un spectromètre de masse de type orbitrap à séquençage rapide. L'optimisation du fractionnement peptidique via des colonnes chromatographiques de 50 cm en amont de l'analyse a permis d'augmenter la profondeur d'analyse du protéome jusqu'à plus de 3000 protéines par échantillon, et plus de 4000 protéines ont pu être identifiées à partir de l'analyse de 7 réplicats biologiques. En plus des protéines déjà décrites dans la littérature, de nombreuses protéines ont été mises en évidence comme étant surexprimées ou sous-exprimées dans les Treg par rapport aux Tconv, dont la fonction n'a jamais été étudiée dans les Treg. Parmi ces protéines, nous avons identifié la protéine Themis1 comme particulièrement sous-exprimée dans les Treg. En utilisant un modèle de souris transgénique surexprimant Themis1, nous avons pu étudier le rôle de cette protéine dans le contrôle des fonctions suppressives des Treg à l'aide de tests de suppression in vitro et dans un modèle in vivo de colite. Nos résultats montrent que la surexpression de Themis1 dans les Treg augmente leurs fonctions suppressives, suggérant que Themis1 régule positivement la fonction des Treg. Themis1 est une protéine impliquée dans le contrôle de la signalisation du récepteur T (TCR), ainsi elle pourrait être spécifiquement sous-exprimée dans ces cellules de façon à " freiner " la signalisation du récepteur T (TCR), afin d'éviter une fonction excessive des Treg qui pourrait avoir des effets délétères comme par exemple le développement de cancers. / Regulatory T cells (Treg) play a key role in establishing self-tolerance and controling inflammatory responses. In experimental models and in human diseases, a defect of this population promotes the development of autoimmune diseases, highlighting the therapeutic potential of Treg. To better exploit this potential, it is essential to characterize the molecular mechanisms that influence the development and the suppressive functions of these cells. My thesis project was therefore to perform a large-scale mass spectrometry study of the Treg proteome, and compare it to the proteome of conventionnal T cells (Tconv) using label-free quantitative methods, in order to identify new Treg markers and functionally important proteins. The comprehensive proteomic analysis of Treg and Tconv subpopulations was performed by single-run nanoLC-MS/MS on a fast-sequencing Orbitrap mass spectrometer. The optimization of peptide fractionation on 50 cm chromatographic columns increased the depth of the proteomic analysis to over 3000 proteins per sample, and in total more than 4000 proteins could be identified from the analysis of 7 biological replicates. Besides "historical" proteins that characterize Treg, many proteins have been identified as being over-expressed or under-expressed in Treg compared to Tconv, whose function has never been studied in Treg. Among them, we identified the Themis1 protein as particularly under-expressed in Treg. Using a transgenic mouse model overexpressing Themis1, we studied the role of this protein in the control of the suppressive functions of Treg, both in vitro through co-culture tests and in vivo in a mouse model of inflammatory bowel disease. Our results show that the overexpression of Themis1 in Treg increases their suppressive functions, suggesting that Themis1 positively regulates the function of Treg. Themis1 is a protein implicated in the control of T cell receptor (TCR) signaling. Thus Themis1 could be specifically under-expressed in these cells to tune down TCR signaling in order to moderate their suppressive action, and permit the development of efficient immune responses against pathogens and tumors.

En plus de leurs propriétés structurales comme constituants majeurs des membranes biologiques des cellules, les lipides jouent de nombreux rôles dans la signalisation cellulaire, le stockage d’énergie et le transport de protéines. Leurs importances biologiques ont mené à une augmentation accrue des méthodes analytiques pour la caractérisation d’espèces moléculaires uniques. De récents progrès en spectrométrie de masse ont amené à la caractérisation et à la quantification des espèces moléculaires des lipides dans des extraits lipidiques bruts (Han and Gross, 2005; Murphy et al., 2001). Par exemple, les espèces moléculaires de phospholipides peuvent être identifiées spécifiquement par leur tête polaire, la nature de leurs chaînes d’acide gras et leur positionnement au niveau du squelette glycérol. / In addition to their structural properties as main constituents of biological membranes, lipids play a multitude of roles such as in cell signalling, energy storage, and protein transport. Their biological importance has led to an increasing focus on analytical methods for the characterisation of their individual molecular species. Improvements in mass spectrometric technology has provided a great advantage for the characterisation and quantification of molecular lipid species in total lipid extracts (Han and Gross, 2005; Murphy et al., 2001). For instance, phospholipid molecular species can be identified on the basis of a characteristic fragment of the lipid class, the nature of the acyl chains and their positions on the glycerol backbone.A method allowing the quantitative profiling of the yeast lipidome was developed in a recent study using automated shotgun infusion strategy (Ejsing et al., 2009). We applied this method to characterise several lysophospholipid acyltransferase yeast mutants produced using reverse-genetics. These enzymes are involved in essential biological processes like de novo synthesis or remodelling of the phospholipid membrane component (Testet et al., 2005; Le Guedard et al., 2009). The comparative analysis of phospholipid molecular species from the wild-type strain and the corresponding deletion mutants has allowed us to identify lipid compositional changes, and has given us significant indications about the in vivo function of the encoded lysophospholipid acyltransferases.

La découverte de nouveaux médicaments par le criblage biomoléculaire est au centre de la recherche pharmaceutique actuelle. La spectrométrie de masse, en tant que technique d’analyse fiable, reproductible, sensible, spécifique, compatible avec de nombreux types d’échantillons et permettant un débit d’analyse conséquent, trouve ainsi sa place dans les stratégies de recherche et développement de nouveaux médicaments. Le but de ce travail était de mettre en place et de valider une stratégie originale, impliquant la désorption/ionisation laser assistée par matrice couplée à la spectrométrie de masse (MALDI-MS) comme technique de détection, en vue du criblage de la liaison de composés à des cibles moléculaires applicable directement à des extraits de plantes. Le protocole que nous avons développé s’articule en trois étapes successives qui sont l’incubation des molécules à tester avec la cible moléculaire choisie (la tubuline ou la DHFR), l’élimination des composés non liés et enfin l’analyse par MALDI-TOFMS des composés liés. Notre démarche a fait l’objet d’une démarche de validation et les résultats pouvant être obtenus ont été discutés. Le débit pouvant être évalué à 60 échantillons en 1h50 à 3h30 soit de 18 à 32 échantillons à l’heure. Enfin, une démarche innovante nous a permis de prouver que notre approche pouvait être utile également en criblage secondaire. L’application de notre approche à des extraits bruts de plantes (Colchique d’Automne, Pervenche de Madagascar et Thé vert) à permis de mettre en évidence 20 molécules actives se liant à l’une ou l’autre des cibles moléculaires utilisées et d’évaluer l’affinité relative de l’une d’entre elles / Discovering new drugs by biomolecular screening is a central task of pharmaceutical research. Mass spectrometry, as a reliable, reproducible, sensitive and specific technique, compatible with a wide range of samples and offering an excellent throughput, shows its potential in different strategies of research and development. The aim of this work was to develop and validate a new strategy, involving matrix assisted laser desorption/ionization coupled to time of flight mass spectrometry (MALDI-TOFMS) to screen the ability of different compounds, including plant extracts, to bind to two biological targets (tubulin and DHFR). The protocol is therefore divided into three main steps : an incubation of the compounds to be tested with target, an elimination of all unbound compounds and the MALDI-TOFMS detection of target-bound compounds. Our protocol was validated and the results that can be obtained were discussed. The throughput offered by this technique was evaluated as 60 samples in 1h50 to 3h30, or 18 to 32 samples per hour. Finally, we developed a new approach to perform a secondary screening of active compounds. The protocol was applied to screen crude plants extracts (colchicum autumnale, catharanthus roseus and green tea) and allowed to find 20 tubulin-binding or DHFR-binding molecules, and the relative affinity of one of these was also evaluated

La métabolomique non ciblée est une approche visant à caractériser le contenu métabolique d’un échantillon biologique. Cela permet d’évaluer les changements phénotypiques ayant lieux en son sein. Au cours de cette thèse, une cohorte de patients souffrant d’encéphalopathie hépatique (EH) a été étudiée en métabolomique, en association avec de la lipidomique et de la glycomique. L’EH est une maladie dont les mécanismes sont encore mal compris mais avec un impact important médicale et sociétal. Ces travaux ont montré que l’EH est associée à une altération du métabolisme énergétique observable dans le sang et dans le liquide céphalorachidien. A la suite de cette étude et face aux limites mises en exergue, la suite de ces travaux a visé à développer de nouvelles approches analytiques en métabolomique. Nous ainsi avons montré que l’utilisation de nouveaux instruments de type Orbitrap-Fusion, permettant d’atteindre de très hautes résolutions, donne accès à la structure isotopique fine des métabolites ce qui facilite leur l’identification. L’étude de la fragmentation MS² des ions a permis de mieux comprendre des mécanismes mis en jeu, améliorant l'interprétation des spectres. Enfin, nous avons montré que les améliorations apportées aux instruments, notamment en termes de vitesse d’acquisition, permettaient d’envisager la mise en place de nouveaux modes d’acquisition basés sur l’acquisition multi-événements de spectres MS et MS². Ces améliorations proposées devraient rapidement être utilisables et applicables à l'étude métabolomique de nouvelles cohortes médicales. / Untargeted metabolomics aims at studying the whole metabolite content of biological media. This allows to assess phenotypic changes in these samples. In the frame of this work, a cohort of patients suffering from hepatic encephalopathy (HE) was studied using metabolomics, in association with lipidomics and glycomics. HE is a disease still poorly understood, but with high medical and social impact. This work, performed on cerebrospinal fluid and blood samples, demonstrates that HE is associated to an alteration of energy metabolism. Then, considering the limitations of metabolomics raised in our first study, we aim at developing new analytical chemistry methods for metabolomics. We demonstrate that the use of new instrument such as Orbitrap Fusion, which can reach very high resolution, gives acces to isotopic fine structure of metabolites, thus facilitating their identification. Furthermore, the study of ion fragmentation from MS² spectra enabled to better understand the involved mechanisms and should help for interpreting MS² spectra obtained from unknown metabolites. Finally, we showed that improvements achieved with the Orbitrap Fusion instrument in terms of data acquisition speed enables the implementation of new acquisition modes based on multi events MS and MS² acquisition, such as data dependent or data idependant acquisitions. All these improvements in the field of metabolomics should rapidly be applicable to medical cohort analyses.

Ce mémoire décrit plusieurs travaux concernant le traitement de données et l’analyse de spectres de masse à haut débit. La spectrométrie de masse est une méthode connue de mesure chimique. Appliquée à des échantillons biologiques, la spectrométrie de masse devient alors une technique de mesure métabolomique, c’est-à-dire mesurant l’ensemble des métabolites de l’échantillon, soit les petites molécules composant le fluide biologique et qui interagissent avec le métabolisme. Le projet présenté ici est effectué en partenariat avec Héma-Québec afin de concevoir de nouveaux tests de contrôle de qualité à partir de spectrométrie de masse. L’application de la technologie de la source LDTD à la spectrométrie de masse permet d’acquérir des spectres à haut-débit. Cela représente un bénéfice au coût de l’acquisition des spectres ainsi qu’à la rapidité du processus. On peut ainsi obtenir de grandes quantités de spectres afin de construire des ensembles de données. On peut ensuite appliquer le domaine informatique de l’apprentissage automatique à ces données. On peut utiliser ce domaine afin de classifier les spectres d’échantillons de produits sanguins et fournir des garanties statistiques sur cette classification. L’utilisation d’algorithmes parcimonieux et interprétables peut aussi mener à la découverte de biomarqueurs. Les travaux présentés ici concernent la conception de deux méthodes de traitement des spectres de masse. La première méthode est la correction par masses de verrouillage virtuelles, utilisée pour corriger les biais de mesure uniformes. La seconde est une méthode d’alignement, qui est un outil de correction d’erreurs de lecture. De plus, une nouvelle méthode à noyau, soit une méthode mathématique de comparaison entre des exemples, fut mise au point spécifiquement pour le travail avec des spectres de masse. Finalement, des résultats de classification sur spectres de masse acquis par LDTD et par spectrométrie de masse avec chromatographie liquide sont présentés. / This memoir describes work concerning the treatment and analysis of high-throughput mass spectrometry. Mass spectrometry is a tried and tested method of chemical measurement in a sample. Applied to biological samples, mass spectrometry becomes a metabolomic measurement technique, meaning that it measures the metabolites contained in a sample, which are small molecules present in the biological fluid that interact with the individual’s metabolism. The project that is presented here is a partnership with Hema-Québec in order to conceive new quality control tests from mass spectrometry measurements. The application of the LDTD ionisation source in mass spectrometry makes the acquisition of spectra in high-throughput possible. This represents a large benefit in terms of experimental costs and in time. Large datasets of mass spectra can then be obtained in a short period of time. The computer science domain of machine learning can then be applied to this data. Statistical machine learning can then be used to classify the spectra of blood product samples and provide statistical guarantees on this classification. The use of sparse and interpretable machine learning algorithms can also lead to the discovery of biomarkers. The work presented in this memoir concerns the design of two methods of treatment of mass spectra. The first of these methods is the correction by virtual lock masses, used to correct any uniform shift in the masses in a spectra. The second is a new method of peak alignment used to correct slight measuring errors. In addition, a new kernel method, a method to mathematically compare examples, was designed specifically for application on mass spectra data. Finally, results of classification on mass spectra acquired with an LDTD ionisation source and by liquid chromatography mass spectrometry will be presented.

Cette thèse présente l'étude de l'interaction d'ions multichargés de basse énergie (quelques 10 keV) avec des systèmes complexes d'intérêt biologique (acides aminés et base azotée). Dans ce cadre, l'objectif de travail se situe dans la compréhension et la mise en évidence d'effets de l'environnement moléculaire. Afin d'étudier ce phénomène, les spectres en temps de vol des produits cationiques issus de la collision ont été comparés dans le cas de molécules isolées ou au sein d'agrégats purs ou mixtes. Il est apparu que l'environnement moléculaire permettait d'une part de protéger la molécule en autorisant la répartition de l'énergie et de la charge après la collision (se traduisant par une diminution de la fragmentation globale, la fermeture de certaines voies, ...). D'autre part, l'environnement semble susceptible de fragiliser certaines liaisons intramoléculaires comme l'illustre l'apparition de nouvelles voies de fragmentions dans les agrégats d'adénine. Enfin, l'agrégat constitue également un premier environnement chimique avec lequel la molécule va pouvoir interagir. Les spectres obtenus avec des agrégats hydratés d'adénine signent par exemple le transfert d'un proton depuis les molécules d'eau vers la base azotée. Plus surprenant encore, les ions multichargés semblent induire la formation de liaisons peptidiques au sein d'agrégats de beta-alanine. Ce dernier résultat a été étudié plus en détails en fonction de la taille des agrégats ou de l'ion projectile utilisé. Un certains nombre de critères (flexibilité et géométrie de la molécule, testées en utilisant d'autres acides aminés) ont été avancés pour prédire la formation de liaisons peptidiques.

La spectrométrie de masse est devenue un outil indispensable pour la recherche en protéomique, notamment grâce au développement récent de nouveaux spectromètres de masse comme l’Orbitrap et de nouvelles méthodes de dissociation. La stratégie « bottom-up » (analyse des mélanges de peptides protéolytiques) est la plus utilisée par son efficacement et sa simplicité par rapport à la stratégie top-down (analyse des peptides plus longs ou des protéines intactes), mais cette dernière permet une caractérisation plus complète des isoformes de protéines et des modifications post-traductionnelles.Les méthodes de dissociation utilisant des photons, comme la photodissociation dans le domaine ultra-violet (UVPD) et la dissociation multiphotonique infrarouge (IRMPD), ont reçu une grande attention comme approches alternatives aux méthodes de dissociation par collision. L'absorption du photon UV à haute énergie peut être « diluée » sur l'ensemble du peptide ou de la protéine et provoque une fragmentation étendue du squelette peptidique (liaisons C-C), tandis que les photons IR à faible énergie augmentent progressivement l'énergie interne et dissocient préférentiellement les liaisons amide (C-N) les plus labiles.Cette thèse est centrée sur le développement de méthodes et les applications pour une caractérisation structurale de biomolécules par des méthodes d'activation utilisant des photons. L'intérêt de combiner des photons infrarouges à faible énergie et des photons UV à haute énergie dans un spectromètre de masse Orbitrap, pour la caractérisation de petites protéines, a été évalué. En outre, la dissociation infrarouge multiphotonique a été implémentée dans un piège à ions électrostatique afin d’étendre les méthodes de fragmentation aux macromolécules de très haut poids moléculaires dans le domaine mégadalton. L'une des principales avancées de cette thèse a été d'adapter ces méthodes de spectrométrie de masse aux objets biomoléculaires, allant des petits peptides (dans la gamme de masse de kilodalton) à des fibres de protéines entières (dans la gamme de masse de mégadalton) / The structural characterization of proteins often required them to be fragmented into small units containing only few amino acids. In bottom-up approach, proteins are cleaved into small peptides by enzyme then these peptides are subjected to further fragmentation in a collision cell of a tandem mass spectrometer. However, in top-down approach, proteins can directly be dissociated (without enzyme) into small fragments by collision, electron and photon-driven dissociations. Photon-based activation methods including ultraviolet photodissociation (UVPD) and infrared multiphoton dissociation (IRMPD) have received great attention as an alternative to electron-driven and collision induced dissociation methods. Absorption of the high-energy UV photon is dispersed over the whole peptide or protein and stimulates extensive C?Ca backbone fragmentation while the low-energy IR photons gradually increases the internal energy and thus favorably dissociates the most labile amide (C?N) bonds. This thesis focuses on the method development and applications for characterizing biomolecules by photon-based activation methods. The interest of combining high-energy UV photons and low-energy IR photons in an Orbitrap mass spectrometer, for protein and post-translationally modified peptide characterization, has been evaluated. Moreover, infrared multiphoton dissociation has been implemented in a gated electrostatic ion trap to push forward the limit of fragmentation methods to large megadalton ions. One of the main breakthroughs in this thesis is the ability to adapt these method developments and applications to biomolecular objects ranging from small peptides (in kilodalton mass range) to entire protein fibrils (in megadalton mass range)