À l’ère du numérique, valoriser les données en leur donnant un sens est un enjeu capital pour supporter la prise de décision stratégique et cela dans divers domaines, notamment dans le domaine du marketing numérique ou de la santé, ou encore, dans notre contexte, pour une meilleure compréhension de la biologie des structures des acides nucléiques. L’un des défis majeurs de la biologie structurale concerne l’étude des structures des acides ribonucléiques (ARN), les effets de ces structures et de leurs altérations sur leurs fonctions. Contribuer à cet enjeu important est l’objectif de cette thèse. Celle-ci s’inscrit principalement dans le développement de méthodes et d’outils pour l’exploration efficace des structures secondaires d’ARN. En effet, explorer les structures secondaires d’ARN contribue à lever le voile sur leur fonction et permet de mieux cerner leur implication spécifique au sein des processus cellulaires. Dans ce contexte nous avons développé le modèle des super-n-motifs qui contribue à une meilleure représentation de la complexité structurale des ARN et offre un moyen efficace d’évaluer la similarité des structures d’ARN en tenant compte de cette complexité. Le modèle des super-n-motifs facilite l’étude des ARN dont le rôle est inconnu. Il permet de poser des hypothèses sur la ou les fonctions des ARN lorsque ceux-ci partagent une similarité structurale sans équivoque. Nous avons aussi développé la plateforme structurexplor pour faciliter l’exploration des structures secondaires, c’est-à-dire de permettre, en quelques clics, de caractériser les populations de structures d’ARN en, par exemple, faisant ressortir les groupes d’ARN partageant des structures similaires. La mise en œuvre du modèle des super-n-motifs et de la plateforme structurexplor a contribué à une meilleure compréhension de la phylogénie structurale des viroïdes qui sont des agents pathogènes à ARN attaquant les plantes, phylogénie jusqu’alors basée que sur leurs séquences.

Il est essentiel pour chaque organisme d’avoir la possibilité de réguler ses fonctions afin de permettre sa survie et d’améliorer sa capacité de se reproduire en divers habitats. Avec l’information disponible, il semble que les organismes consacrent une partie assez importante de leur matériel génétique à des fonctions de régulation. On peut envisager que certains mécanismes de régulation ont persisté dans le temps parce qu’ils remplissent bien leurs rôles. Les premières études sur les procaryotes ont indiqué qu’il y avait peu de mécanismes de régulation exerçant le contrôle des gènes, mais il a été démontré par la suite qu’une variété de ces mécanismes est utilisée pour la régulation de gènes et d’opérons. En particulier, les opérons bactériens impliqués dans la biosynthèse des acides aminés, l’ARNt synthétase, la dégradation des acides aminés, les protéines ribosomales et l’ARN ribosomal font l’objet d’un contrôle par l’atténuation de la transcription. Ce mécanisme d’atténuation de la transcription diffère d’autres mécanismes pour la génération de deux structures différentes de l’ARNm, où l’une de ces structures réprime le gène en aval, et l’autre permet de continuer la transcription/traduction. Dans le cadre de cette recherche, nous nous sommes intéressé au mécanisme d’atténuation de la transcription chez les procaryotes où aucune molécule ne semble intervenir comme facteur de régulation, en me concentrant sur la régulation des opérons bactériens. Le but principal de ce travail est de présenter une nouvelle méthode de recherche des riborégulateurs qui combine la recherche traditionnelle des riborégulateurs avec la recherche structurale. En incorporant l’étude du repliement de l’ARNm, nous pouvons mieux identifier les atténuateurs répondant à ce type de mécanisme d’atténuation. Ce mémoire est divisé en quatre chapitres. Le premier chapitre présente une revue de la littérature sur l’ARN et un survol sur les mécanismes de régulation de l’expression génétique chez les procaryotes. Les chapitres 2 et 3 sont consacrés à la méthodologie utilisée dans cette recherche et à l’implémentation du logiciel TA-Search. Enfin, le chapitre 4 expose les conclusions et les applications potentielles de la méthode. / It is essential for each organism to have the possibility to regulate its functions to allow its survival and improve its capacity to reproduce in different environments. With the information available, it is apparent that most organisms dedicate an important piece of their genetic material to regulating functions. We could think that certain regulating mechanisms have most likely persisted over time because they fulfilled their roles. The first prokaryotes studies indicated that there are few regulating mechanisms that take control over genes, but it has been proven that a variety of these mechanisms are used in the regulation of genes and operons. In particular, the bacterial operons involved in the biosynthesis of amino acids, tRNA synthetase, the degradation of amino acids, the ribosomal proteins and RNA ribosomal could be controlled by transcription attenuation. This mechanism of regulation differs from others for the creation of two different structures of the mRNA where one of these structures represses the gene in 3’ and the other one allows the transcription/translation to continue. In this work, I’m interested in the mechanism of transcription attenuation in prokaryotes where no molecule appears to act as a regulatory factor. In particular, I’m interested in the regulation of bacterial operons. The principal goal of this work is to present a new method for detecting riboswitches that combines the traditional research of these elements with the structural research by incorporating the study of mRNA folding. This thesis is divided into four chapters. Chapter 1 is a review of the literature on RNA and an overview of the regulatory mechanism of gene expression in prokaryotes. Chapter 2 and 3 present the method developed for this work and its implementation in new software, TA-Search. Finally, Chapter 4 is dedicated to providing a discussion and conclusion for this work.

Il est essentiel pour chaque organisme d’avoir la possibilité de réguler ses fonctions afin de permettre sa survie et d’améliorer sa capacité de se reproduire en divers habitats. Avec l’information disponible, il semble que les organismes consacrent une partie assez importante de leur matériel génétique à des fonctions de régulation. On peut envisager que certains mécanismes de régulation ont persisté dans le temps parce qu’ils remplissent bien leurs rôles. Les premières études sur les procaryotes ont indiqué qu’il y avait peu de mécanismes de régulation exerçant le contrôle des gènes, mais il a été démontré par la suite qu’une variété de ces mécanismes est utilisée pour la régulation de gènes et d’opérons. En particulier, les opérons bactériens impliqués dans la biosynthèse des acides aminés, l’ARNt synthétase, la dégradation des acides aminés, les protéines ribosomales et l’ARN ribosomal font l’objet d’un contrôle par l’atténuation de la transcription. Ce mécanisme d’atténuation de la transcription diffère d’autres mécanismes pour la génération de deux structures différentes de l’ARNm, où l’une de ces structures réprime le gène en aval, et l’autre permet de continuer la transcription/traduction. Dans le cadre de cette recherche, nous nous sommes intéressé au mécanisme d’atténuation de la transcription chez les procaryotes où aucune molécule ne semble intervenir comme facteur de régulation, en me concentrant sur la régulation des opérons bactériens. Le but principal de ce travail est de présenter une nouvelle méthode de recherche des riborégulateurs qui combine la recherche traditionnelle des riborégulateurs avec la recherche structurale. En incorporant l’étude du repliement de l’ARNm, nous pouvons mieux identifier les atténuateurs répondant à ce type de mécanisme d’atténuation. Ce mémoire est divisé en quatre chapitres. Le premier chapitre présente une revue de la littérature sur l’ARN et un survol sur les mécanismes de régulation de l’expression génétique chez les procaryotes. Les chapitres 2 et 3 sont consacrés à la méthodologie utilisée dans cette recherche et à l’implémentation du logiciel TA-Search. Enfin, le chapitre 4 expose les conclusions et les applications potentielles de la méthode. / It is essential for each organism to have the possibility to regulate its functions to allow its survival and improve its capacity to reproduce in different environments. With the information available, it is apparent that most organisms dedicate an important piece of their genetic material to regulating functions. We could think that certain regulating mechanisms have most likely persisted over time because they fulfilled their roles. The first prokaryotes studies indicated that there are few regulating mechanisms that take control over genes, but it has been proven that a variety of these mechanisms are used in the regulation of genes and operons. In particular, the bacterial operons involved in the biosynthesis of amino acids, tRNA synthetase, the degradation of amino acids, the ribosomal proteins and RNA ribosomal could be controlled by transcription attenuation. This mechanism of regulation differs from others for the creation of two different structures of the mRNA where one of these structures represses the gene in 3’ and the other one allows the transcription/translation to continue. In this work, I’m interested in the mechanism of transcription attenuation in prokaryotes where no molecule appears to act as a regulatory factor. In particular, I’m interested in the regulation of bacterial operons. The principal goal of this work is to present a new method for detecting riboswitches that combines the traditional research of these elements with the structural research by incorporating the study of mRNA folding. This thesis is divided into four chapters. Chapter 1 is a review of the literature on RNA and an overview of the regulatory mechanism of gene expression in prokaryotes. Chapter 2 and 3 present the method developed for this work and its implementation in new software, TA-Search. Finally, Chapter 4 is dedicated to providing a discussion and conclusion for this work.