La photosynthèse est un processus permettant la conversion de l'énergie lumineuse en énergie organique dans les chloroplastes des embryophytes. Les complexes photosynthétiques sont d'une origine génétique double. Leurs sous-unités sont codées à la fois par le génome nucléaire et par le génome chloroplastique. Parmi les protéines codées par le génome nucléaire et adressées au chloroplaste, se trouvent de nombreux facteurs impliqués dans les différentes étapes de la maturation des transcrits des gènes chloroplastiques (clivage, épissage, édition, stabilisation et traduction). En particulier, les protéines à motifs pentatricopeptide repeat (PPR) sont impliquées dans toutes ces étapes, notamment l'édition, via leur capacité à lier des séquences spécifiques d'ARN par leurs domaines PPR. L'édition des ARN des organites est réalisée par un complexe protéique nommé l'éditosome. Au sein de ce complexe, les protéines PPR sont les facteurs de spécificité mais également très probablement les enzymes catalysant la réaction grâce à leur domaine DYW. De nombreux facteurs d'édition composant ce complexe ont été découverts et caractérisés. Toutefois, de nombreuses questions portant sur le rôle de l'édition et le fonctionnement de l'éditosome restent encore ouvertes. Au cours de cette thèse, j'ai cherché à répondre à trois questions.En premier lieu, j'ai cherché à identifier de nouveaux facteurs associés à l'éditosome par des approches indépendantes de celles déjà utilisées. En effet, la découverte de nouveaux facteurs pourrait permettre l'identification de régulateurs de l'édition, ouvrant la voie à une meilleure compréhension à la fois du fonctionnement moléculaire de l'édition mais aussi de sa fonction biologique. Une approche par purification de complexes (réalisée avant la thèse) et un crible double hybride chez la levure ont été entrepris. La première approche a permis d'identifier de nouvelles protéines PPR associées à l'éditosome. La seconde approche a permis d'identifier la protéine CBSX2 dont l'interaction avec un membre de l'éditosome n'a pas semblé spécifique. Toutefois, elle a conduit à la caractérisation fonctionnelle de CBSX2 en tant que régulateur potentiel de l'activité des thiorédoxines. Mes résultats ont montré qu'in vitro CBSX2 inhibe spécifiquement l'activité réductrice d'un sous-groupe de thiorédoxines. Cette inhibition implique des interactions entre protéines et est levée par la liaison d'AMP à CBSX2.J'ai également cherché à savoir si le domaine DYW des PPR est indispensable dans l'éditosome. En effet, selon l'hypothèse la plus couramment admise, le domaine DYW serait l'enzyme de la réaction d'édition, il serait donc nécessaire dans le complexe. Néanmoins, la caractérisation de protéines PPR ne possèdent pas de domaine DYW mais requises pour l'édition remet en question cette hypothèse. Pour cela, la complémentation de mutants d'édition avec une combinaison de formes tronquées de protéines PPR a été entreprise et est toujours en cours. Elle devrait permettre prochainement de valider (ou non) un modèle selon lequel le domaine DYW est nécessaire et apporté en trans aux protéines PPR par une petite sous-famille de protéines PPR-DYW particulières.Enfin, j'ai cherché à savoir si la différenciation des chloroplastes s'accompagnait d'une édition différentielle de certains ARN. En particulier, le cas de la différenciation des chloroplastes des plantes « en C4 » a été étudié. Dans ce cas, une régulation de l'expression des gènes des organites pourrait être impliquée dans la mise en place de la différenciation chloroplastique. Dans ce contexte, l'édition pourrait jouer un rôle dans la régulation de la maturation des transcrits. L'analyse comparative des données produites a nécessité le développement d'un pipeline d'analyse bio-informatique spécifique. Cette étude a permis de montrer une expression différentielle des gènes chloroplastiques sans modification de l'édition et de l'épissage. / Photosynthesis is a process that converts light energy into organic energy in the chloroplasts of embryophytes. This process requires a protein apparatus encoded by both the nuclear and the plastidial genomes of the plant cells. Among the nuclear encoded proteins addressed to the chloroplast are many factors involved in the different maturation steps of chloroplast transcripts (cleavage, splicing, editing, stabilization and translation). In particular, pentatricopeptide repeat proteins (PPR) are involved in all these steps, including editing, through their sequence specific RNA binding PPR motifs. Organellar RNA editing is performed by a protein complex called the editosome. Within this complex, a PPR protein is the specificity factor and probably also the editing enzyme through its DYW domain. Many other editing factors within this complex have been discovered and characterized. However, many questions concerning the function of editing and the functioning of editosome are remaining. During my PhD thesis, I tried to answer three of these questions.First, I investigated whether new editosome proteins could be identified using new independent approaches. Indeed, the discovery of new factors could allow the identification of editing regulators, paving the way for a better understanding of the molecular editing mechanism and its biological function. Protein complex purification (realized before my PhD) and a yeast two hybrid screening were performed. The first approach only identified PPR proteins, while the second did not yield any specific interaction. However, the search for editosome components allowed the identification and characterization of CBSX2, a potential regulator of thioredoxin activity. CBSX2 was shown to specifically inhibit the in vitro reductase activity of some thioredoxins. This inhibition is mediated by protein-protein interaction and reverted by CBSX2 AMP binding.I also investigated the requirement of the DYW domain for editing. According to the main stream hypothesis, DYW domains (of PPR proteins) carry the editing activity. Consequently, they must be an essential component of the editosome. However, the characterization of PPR proteins that do not carry a DYW domain but are required for editing challenges this hypothesis. To test the DYW requirement for editing, complementations of editing mutants with several truncated PPR proteins have been performed. So far, these experiments should allow us to validate (or not) a model in which the DYW domain is necessary and provided in trans to PPR proteins by a small sub-family of particular PPR-DYW proteins.Finally, I investigated whether plastid differentiation was linked to differential editing of some transcripts. In particular, C4 photosynthetic plastid differentiation served as a model. In particular, regulations that drive C4 differentiation could rely on organellar gene expression. In this context, editing could participate to differential transcript maturation. Data analysis of C4 plastid transcriptomes required the development of a specific bioinformatic analysis pipeline. This study revealed differentially expressed plastidial genes without editing and splicing modification.

La mitochondrie et le plaste sont des organites essentiels au sein de la cellule végétale. Les processus du métabolisme de l’ARN tels que la transcription, les modifications post-transcriptionnelles d'épissage et d’édition et la traduction des organites sont très similaires. Parmi les acteurs de ces processus, les protéines PentatricoPeptide Repeat (PPR) ont un rôle prépondérant. Dans ce travail de recherche, j’ai évalué, dans un premier temps, la double localisation des protéines PPR vers la mitochondrie et le chloroplaste chez Arabidopsis thaliana. La synthèse de l’ensemble des données ont permis d’établir que sur les 473 membres de la famille PPR chez A. thaliana, 9% ont une potentielle double localisation dans les deux organites. Un partie de ce travail de thèse, analyse et discute les implications évolutives et fonctionnelles au sein de cette classe de localisation. Afin de comprendre l’activité des protéines PPR dans les deux organites, j’ai focalisé mes analyses fonctionnelles sur quatre protéines PPR (OTP90, OTP91, OTP100 et DYW2) potentiellement impliquées dans le phénomène d’édition. Dans ce travail de thèse, j’ai pu mettre en évidence que les protéines OTP90 et DYW2 agissent sur l’édition des transcrits des organites et particulièrement que la protéine DYW2 participe dans l’édition des transcrits chloroplastiques comme aussi sur des transcrits mitochondriaux. Ainsi, les résultats de mon travail de recherche s’ajoutent aux récentes données, obtenues de par le monde, montrant que les protéines PPR peuvent avoir de rôles complexes bien influençant à la fois divers transcrits et/ou processus dans le métabolisme de l’ARN des organites. / Mitochondrial and plastid are essential organelles within the plant cell. The process of RNA metabolism such as transcription, post-transcriptional modifications as splicing and editing and translation are very similar in these organelles. Among the actors of these processes, the PentatricoPeptide Repeat (PPR) proteins have an important role. In this research, firstly, I assessed the dual localisation of PPR proteins to mitochondria and chloroplasts organelles in Arabidopsis thaliana. The synthesis of all the data, those produced during my thesis, those available in the literature and those contained in the proteomic databases have revealed that between the 473 members of the PPR family in A. thaliana, 9 % are potentially dually localaized in both organelles. A part of this thesis analyzes and discusses the evolutionary and functional implications of this class of localisation in the PPR family. In order to understand the activity of PPR proteins in both organelles, I focused my work in the functional analysis on four PPR proteins (OTP90, OTP91, OTP100 and DYW2 ) potentially involved in the editing process. Although functional characterization of these four proteins has not been fully completed, in this thesis, I was able to demonstrate that the OTP90 and DYW2 proteins act on editing of organelles transcripts and particularly I found that the DYW2 protein participates in the editing of chloroplast and mitochondrial transcripts. Thus, the results of my research are in concordance to recent data obtained by the world, showing that PPR proteins have complex roles influencing several transcripts and/or processes in the RNA metabolism of organelles.

Galois fields are essential blocks of building many of cryptographic schemes. The main advantage of applying Galois fields over cryptographic applications are to reduce cost and increase the sufficiency of the performance. In past, they were interested in implement Galois field of characteristic 2 in most of the crypto-system application, but in the meantime, the researcher started to work on Galois field of odd characteristics which it has applications in many areas like Elliptic Curve Cryptography, Identity-based Encryption, Short Signature Schemes and etc. In this thesis, an odd characteristic Galois field was implemented. In particular, this thesis focuses on implementation of multiplication and reduction on GF(3m). Overview about the thesis idea was presented in the beginning. Finite field arithmetic was discussed where it shows some of the Galois fields important definitions and properties. In addition, irreducible polynomials over GF(p) where p is prime and the basic additional and multiplication over GF(pm) was discussed as well. Introduction to the proposed implementation started with the arithmetic of the Galois field characteristics 3. The problem formulation introduced by its mathematical representation and the Progressive Product Reduction (PPR) technique which is the technique used in this thesis. Implement three different semi-systolic arrays architecture with different projection functions. This stage followed by modeling assumption for complexity analysis for both area and delay where it used to compare proposed designs with other published designs. Proposed design gets verified by Matlab code implementation at the end of this thesis. / Graduate / Kareem.moeen@gmail.com

L’expression des gènes mitochondriaux est grande partie dirigée par des protéines codées dans le noyau et importées dans l’organite depuis le cytosol. Diverses études ont montré que les protéines de la famille PentatricoPeptide Repeat (PPR) jouent un rôle prépondérant et varié dans ce phénomène. Au cours de ma thèse, j’ai déterminé la fonction de deux nouvelles protéines PPR chez Arabidopsis thaliana, nommées MTSF1 (pour Mitochondrial Stability Factor 1) et PPR24. Chacune de ces protéines est impliquée dans l’expression d’un ARNm mitochondrial codant une sous-unité du complexe I de la chaine respiratoire. J’ai montré que la protéine MTSF1 était requise pour stabiliser l’ARN mitochondrial nad4. Le site de liaison de MTSF1 a été déterminé et il correspond aux vingt derniers nucléotides de l’ARN nad4. Nous pensons donc qu’en s’associant à l’extrémité 3’ terminale de cet ARN, la protéine MTSF1 bloque la progression d’exoribonucléases 3’-5’ et stabilise ainsi l’ARN nad4 in vivo. L’étude de la protéine PPR24 nous a conduit à observer qu’elle était essentielle à la traduction de l’ARNm mitochondrial nad7. J’ai pu démontrer que la protéine NAD7 n’était pas synthétisée chez les mutants ppr24 et que cela était associé à l’absence de ribosomes sur l’ARNm nad7. J’ai aussi montré que la protéine PPR24 pouvait se lier spécifiquement à une courte région située au milieu de la 5’ UTR de l’ARN nad7. La modélisation de la 5’ UTR de cet ARN indique que ce site de liaison se situerait à la base d’une structure en tige-boucle pouvant diminuer fortement l’accessibilité au codon initiateur de la traduction de l’ARN nad7. Il est donc possible que la fixation de la protéine PPR24 puisse déstabiliser cette structure en tige-boucle et permettre aux ribosomes mitochondriaux d’accéder plus facilement au codon AUG. L’ensemble de ces études a permis d’apporter des informations essentielles sur la fonction et le mode d’action des protéines PPR dans l’expression génétique mitochondriale chez les plantes. / Gene expression in mitochondria is for the most controlled by nuclear encoded proteins that are from the cytosol into the organelle. Recent genetic and biochemical analysis have revealed that proteins of the PentatricoPeptide Repeat (PPR) family play preponderant and multifarious role in this process. During my thesis, I characterized the function of two novel Arabidopsis thaliana PPR protein called MTSF1 (for Mitochondrial Stability Factor 1) and PPR24. Each of these proteins is involved in the expression of a single mitochondrial gene encoding respiratory complex I subunit. I showed that the MTSF1 protein is essential for the stabilization of nad4 mRNA. The MTSF1 binding site was determined and was shown to correspond to the last twenty nucleotides of nad4 3’ UTR. We propose that, through an interaction with the extremity of nad4 transcript, the MTSF1 protein blocks the progression of 3’ to 5’ exoribonucleases and protects nad4 mRNA from degradation in vivo. PPR24 analysis indicated that this PPR protein is essential for nad7 mRNA translation. I observed that the NAD7 protein is not produced in ppr24 mutants and that this correlated with lack of ribosome loading of nad7 mature mRNA. I also showed that PPR24 binds to a short RNA fragment with high specificity located in the center of nad7 5’ leader. Structural predictions indicated that PPR24 binding site could correspond to the basis of a long stem-loop RNA structure just upstream of the AUG codon, which could prevent the accessibility to the nad7 translation codon. PPR24 binding could destabilize this stem-loop structure and permit a better access of the ribosome to the nad7 translation initiation codon. These findings shed light on the function and the mode of action of PPR proteins involved in mitochondrial gene expression in plants.

Chez les plantes, les stress biotiques et abiotiques causent la surproduction d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les chloroplastes et les mitochondries. Ces ROS provoquent des dommages parfois irrémédiables pour la cellule ou déclenchent des voies de signalisation rétrogrades qui induisent la tolérance au stress. En parallèle, le génome nucléaire contrôle le développement et l’activité des organites grâce à la signalisation antérograde. Dans ce contexte, le complexe nucléaire Topoisomérase VI (Topo VI) a été étudié chez Arabidopsis thaliana. Topo VI est un régulateur des gènes de réponse à la signalisation rétrograde de la ROS oxygène singulet ; toutefois, les mécanismes qui régissent cette régulation sont inconnus. Afin de les déterminer, des interacteurs de la Topo VI ont été mis en évidence dont la sous-unité alpha du facteur général de transcription TFIIF (TFIIFα). Après caractérisation de l’expression du gène TFIIFα et des isoformes protéiques codées, des analyses transcriptomiques réalisées en condition standard de croissance et en condition de stress photo-oxydant ont montré que Topo VI et TFIIFα co-régulent la majorité des gènes de réponse à ce stress. De plus, ces interacteurs ont un rôle opposé dans la régulation de l’expression de gènes « PentatricoPeptide Repeat » (PPR). Les protéines PPR sont adressées aux chloroplastes et aux mitochondries dans lesquels elles participent à la régulation post-transcriptionnelle ; chez des mutants tfIIfα, des gènes PPR impliquées dans l’édition des ARN sont réprimés et l’édition de sites cibles associés est parfois altérée. Les conséquences de ces altérations sont discutées par l’analyse de fonctions chloroplastiques. / Under biotic and abiotic stress, plants overproduce reactive oxygen species (ROS) in plastids and mitochondria. ROS can cause damages sometimes definitive for cells or trigger retrograde signalling pathways to the nucleus that provide stress tolerance. Concurrently, the nuclear genome controls the development and the activity of organelles through anterograde signalling. In this context, the nuclear complex Topoisomerase VI (Topo VI) is studied in Arabidopsis thaliana. Topo VI is a regulator of stress responsive genes in the retrograde signalling triggered by the singlet oxygen ROS; nevertheless, the mechanisms controlling this regulation are still unknown. To determine them, Topo VI interactors were found out, including the alpha subunit of the general transcription factor TFIIF (TFIIFα). TFIIFα gene expression and the encoded protein isoforms were first characterized and then, transcriptomic analysis in standard growth conditions and under photo-oxidative stress showed that Topo VI and TFIIFα co-regulate most of stress responsive genes. Moreover, these interactors have an opposite role in the expression of "PentatricoPeptide Repeat" (PPR) genes. PPR proteins are targeted to plastids or mitochondria in which they contribute to post-transcriptional regulation mechanisms; in tfIIfα mutants, PPR genes involved in organellar RNA editing are down-regulated, and the editing of associated target sites was sometimes impaired. Possible consequences of this impairment were discussed through the analysis of plastidial functions.

Dans les cellules eucaryotes, différents types de ribosomes coexistent. Les ribosomes mitochondriaux synthétisent les quelques protéines codées par l’ADN mitochondrial, qui sont essentielles au fonctionnement de l’organisme. Ces ribosomes sont particulièrement divergents des ribosomes procaryotes, mais sont également très différents entre les eucaryotes. Mon travail de thèse s'est concentré sur la caractérisation de la structure et de la composition en protéines du ribosome mitochondrial de la plante modèle Arabidopsis thaliana. Des approches biochimiques complémentaires ont permis d’identifier 19 protéines uniquement trouvées dans le mitoribosome de plante, parmi lesquelles 10 sont des protéines PPR, des protéines particulièrement abondantes chez les plantes. Les mutations des gènes codant pour ces PPR ribosomales (rPPR) mènent à l’apparition de phénotypes macroscopiques distincts, notamment une létalité ou des retards de croissance importants. L'analyse moléculaire du mutant rppr1 par profilage des ribosomes, ainsi que l'analyse du taux de protéines mitochondriales, révèlent que la protéine rPPR1 est un facteur de traduction générique, ce qui constitue une nouvelle fonction des protéines PPR. De plus, la cryo-électron microscopie a été utilisée pour déterminer l’architecture tridimensionnelle de ce mitoribosome. Cette approche a révélé la structure unique du mitoribosome de plante, caractérisée par une très grande petite sous-unité ribosomale ayant un domaine additionnel jamais décrit jusqu’à présent. Globalement, mes résultats ont montré que le mitoribosome d’Arabidopsis est complètement différent des ribosomes bactériens et des autres mitoribosomes eucaryotes, à la fois en terme de structure mais aussi de composition, permettant ainsi de mieux comprendre l’évolution de ce composant central de l’expression génétique. / Ribosomes are the molecular machines translating the genetic information carried by mRNA into protein. Different translation machineries co-exist in eukaryote cells. While cytosolic translation is comparatively well characterized, it remains the most elusive step of gene expression in mitochondria. In plants, while numerous pentatricopeptide repeat (PPR) proteins are involved in all steps of gene expression, their function in translation remains unclear. My work focused on the biochemical characterisation of Arabidopsis mitochondrial ribosomes and the identification of its protein composition. Complementary biochemical approaches identified 19 plant specific mitoribosome proteins, among which 10 are PPR proteins. The knock out mutations of ribosomal PPR (rPPR) genes result in distinct macroscopic phenotypes including lethality or severe growth delays. The molecular analysis of rPPR1 mutants, using ribosome profiling, as well as the analysis of mitochondrial protein levels, revealed that rPPR1 is a generic translation factor, which is a novel function for PPR proteins. Finally, single particle cryo-electron microscopy was used and revealed the unique structural architecture of Arabidopsis mitoribosomes, characterised by a very large small ribosomal subunit, larger than the large subunit, with a novel head domain. Overall, my results showed that Arabidopsis mitoribosomes are completely distinct from bacterial and other eukaryote mitoribosomes, both in terms of structure and of protein content.

La Peste des Petits Ruminants est une maladie contagieuse virale négligée affectant principalement les caprins et les ovins et qui continue son expansion malgré l'existence de moyens de diagnostic et de vaccins efficaces. Le développement d'approches épidémiologiques et économiques avec des outils d'aide à la décision tels que les modèles semble indispensable dans ce contexte si on vise à l'amélioration de sa surveillance et de son contrôle, ainsi qu'à la mobilisation des bailleurs. L'objectif de ce travail est d'y apporter une contribution originale dans un contexte africain où les données ne sont pas toujours disponibles ou faciles à collecter. Plusieurs approches de modélisation complémentaires sont abordées dont un modèle déterministe à compartiments (SEIR), un modèle de régression logistique et un modèle basé sur la théorie des réseaux sociaux. La pertinence de très hauts niveaux de vaccination et d'une surveillance active par sérologie telle qu'habituellement préconisée dans les pays du ‘Sud', dont les systèmes de production sont les seuls véritablement menacés, est discutée. Dans le cas de l'Ethiopie, un système de surveillance passif syndromique est envisagé avec une concentration possible des efforts de sensibilisation à la maladie au niveau des points de pâturages. Concernant la répartition temporelle et spatiale du niveau vaccinal à appliquer, la mise en place de ‘barrières' vaccinales en lien avec la géographie du pays est suggérée comme pouvant optimiser la pratique actuelle de vaccination en urgence autour des foyers déclarés lorsque les ressources sont disponibles. L'intégration de l'écologie de la maladie et l'utilisation complémentaire aux modèles mathématiques de l'analyse phylogéographique offrent des perspectives intéressantes mais restent encore un défi ; la prise en compte de critères socio-économiques est par contre une priorité pour parfaire notre approche. / Peste des Petits Ruminants (PPR) is a neglected viral contagious disease of sheep and goats. It has a widespread distribution that continues to expand despite good diagnostic tests and vaccines. Considering this and with the aim to improve surveillance and control of the disease and to attract funding for this, it would be necessary to develop epidemiological and economic approaches including decision tools such as models. The objective of this work is to contribute to such improvements in an African context where data are hardly available or collecting them is a challenge. Various complementary modeling approaches are reported among which a compartmental model (SEIR), a logistic model and a model based on social network theory. The relevance of very high vaccination levels and of active surveillance based on serology as usually recommended worldwide is discussed for developing countries which are the only ones truly threatened by PPR. In the case of Ethiopia, a passive syndromic surveillance system is being considered, enhancing disease awareness at grazing points. Regarding the spatial and temporal distribution of the vaccination level to be administered, ring vaccination making the best use of the country's topography is suggested to enhance effectiveness of the actual practice that consists of outbreak emergency vaccination when resources are available. Including the ecology of the disease and linking phylogeographical analysis to the existing mathematical models offers interesting perspectives but remains a challenge. However, taking into account socio-economic criteria should be a priority to fine-tune our approach.

Les mitochondries sont le siège de la respiration cellulaire et possèdent un petit nombre de gènes essentiels dont l’expression est dirigée presque exclusivement par des protéines d’origine nucléaire. Les protéines de la famille PPR (PentatricoPeptide Repeat) font partie de ces acteurs et interviennent à toutes les étapes de l’expression des ARNs des organites, allant de la transcription à la traduction. De manière intéressante, les végétaux codent de nombreuses protéines PPR (environ 500 chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana), et sont de fait des modèles idéaux pour comprendre le rôle et le fonctionnement de ces protéines. Elles correspondent à des protéines de liaison aux ARNs très spécifiques, caractérisées par la présence de répétitions en tandem d’environ 35 acides aminés. Au sein de la famille PPR, le sous-groupe de gènes appelé « Restorer of Ferility Like » (ou RFL) s’oppose aux autres PPR car ils subissent une sélection diversifiante, et non purifiante, comme c’est le cas pour les PPR classiques. Certaines protéines RFL décrites chez d’autres espèces modèles telles que le riz ou encore le radis, appelées restauratrices de fertilité, inhibent l’expression de gènes mitochondriaux inducteurs de stérilité mâle. La famille RFL comporte 26 membres chez Arabidopsis thaliana.Afin de mieux comprendre la diversité fonctionnelle des gènes RFL, notre équipe a procédé à la caractérisation de l’ensemble des mutants rfl chez Arabidopsis, et seules les lignées affectées dans les gènes RFL22 et RFL23 affichent des altérations phénotypiques remarquables. Au cours de ma thèse, j’ai caractérisé les protéines RFL22 et RFL23 pour comprendre leur rôle et leur mécanisme d’action moléculaire. L’étude des mutants rfl22 et rfl23 a montré que ces gènes sont essentiels pour la mise en place de la chaine respiratoire. Le mutant rfl22 ne produit plus de cytochromes de type c matures (ce qui affecte l’activité des complexes respiratoires III et IV), tandis que le mutant rfl23 n’accumule plus de complexe I de la chaine respiratoire.Après avoir adapté le protocole de profilage de ribosomes aux mitochondries de plantes, j’ai pu découvrir que les protéines RFL22 et RL23 étaient indispensables à la traduction d’ARNm mitochondriaux spécifiques : ccmFn₂ codant une sous-unité du complexe hème lyase et nad4L codant une sous-unité du complexe I, respectivement. D’autre part, j’ai pu cartographier in vivo et in vitro une région pouvant correspondre au site de liaison de la protéine RFL22 sur l’ARNm ccmFN2.Mes résultats révèlent que quelques rares gènes RFL remplissent des fonctions essentielles chez les Arabidopsis. Contrairement aux autres gènes PPR, la conservation fonctionnelle des gènes RFL22 et RFL23 apparait toutefois limitée aux Brassicaceae. Des modifications particulières dans l’organisation ou l’expression des génomes mitochondriaux de cette famille de plantes pourraient être à l’origine du recrutement de gènes RFL à évolution rapide pour maintenir une expression appropriée de certains gènes mitochondriaux. / Mitochondria are the siege of cellular respiration and code a small number of essential genes whose expression is governed almost exclusively by nuclear-encoded proteins. The proteins PPR family (PentatricoPeptide Repeat) belong to these actors and intervene at all stages of RNAs expression in organelles, from transcription to translation. Interestingly, plants encode numerous PPR proteins (about 500 in the model specie Arabidopsis thaliana), and are therefore ideal models for understanding the role and function of these proteins. They correspond to very specific RNA binding proteins, characterized by the presence of tandem repeats of about 35 amino acids. Within the PPR family, a subgroup of genes called Restorer of Ferility Like (RFL) is opposed to other PPR because they undergo a diversifying, non-purifying selection, as is the case for classical PPR. Some RFL proteins described in other model species such as rice or radish, are known as fertility restorers, and inhibit the expression of mitochondrial genes inducing male sterility. The RFL family consists in 26 members in Arabidopsis thaliana.In order to better understand the functional diversity of RFL genes, our team has characterized all rfl mutants in Arabidopsis, and only two of them, affected in RFL22 and RFL23 genes display remarkable phenotypic alterations. During my thesis, I characterized RFL22 and RFL23 proteins to understand their role and molecular mode of action. The study of the mutants rfl22 and rfl23 showed that these genes are essential for the establishment of the respiratory chain. The mutant rfl22 no longer produces mature c-type cytochromes (which affects the activity of respiratory complexes III and IV), whereas the mutant rfl23 no longer accumulates complex I of the respiratory chain.After adjusting the ribosome profiling protocol to plant mitochondria, I discovered that RFL22 and RL23 proteins were essential for specific mitochondrial mRNAs translation : ccmFN2 mRNA encoding a subunit of heme lyase complex and nad4L transcript encoding a subunit of complex I. Furthermore, I was able to map a region in vivo and in vitro that could correspond to the binding site of the RFL22 protein on the ccmFN2 mRNA.My results show that a few rare RFL genes perform essential functions in Arabidopsis. By opposition to other PPR genes, the functional conservation of RFL22 and RFL23 genes appears limited to Brassicaceae. Specific modifications in organization or expression of the mitochondrial genomes of this family of plants could be at the origin of the recruitment of rapidly changing RFL genes to maintain proper expression of certain mitochondrial genes.

Dans les organites des plantes, l’édition de l’ARN consiste majoritairement en une désamination de cytidines à des sites spécifiques de l’ARNm. Trente-quatre sites d’édition ont été découverts dans les transcrits chloroplastiques d’Arabidopsis thaliana et plus de 500 dans les transcrits mitochondriaux. Depuis 2005, beaucoup de facteurs d’édition ont été trouvés. La majorité de ces protéines appartiennent à la famille des «PentatricoPeptide Repeat» (PPR). Parmi ces PPR, certaines contiennent un domaine DYW possédant de faibles similarités avec les cytidines désaminases (CDA), alors que d’autres en sont dénuées, générant un doute sur le fait qu’il ait une activité CDA. Le gène At1g47580 (DYW1) code une protéine unique chez Arabidopsis thaliana contenant «seulement» un domaine DYW. Il a été proposé que DYW1 puisse interagir avec les PPR ne contenant pas de domaine DYW, pour former un hétérodimère, capable d’éditer spécifiquement un site. En accord avec cette hypothèse, nous avons montré que DYW1 agissait sur le même site d’édition que CRR4, une PPR sans domaine DYW, et que ces protéines interagissaient in vivo. De plus, nous avons montré que DYW1 remplaçait les parties manquantes de CRR4 pour l’édition. Pour obtenir plus d’informations sur la fonction du domaine DYW, des mutations ont été introduites dans DYW1. Nous avons montré que la signature CDA dans les protéines DYW était essentielle à l’édition de l’ARN ainsi qu’à l’interaction avec les ions zinc. Les données sont en accord avec l’hypothèse d’une activité CDA dans le domaine DYW. Cependant, aucune activité CDA n’a pu être mise à jour in vitro. Il est vraisemblable qu’au moins un cofacteur doive encore être identifié. / In plant organelles, RNA editing mostly takes the form of conversions of cytidines to uridines at specific sites in mRNAs. Thirty-four editing sites have been found in Arabidopsis thaliana chloroplast transcripts and more than 500 sites in mitochondrial transcripts. Since 2005, lots of proteins have been found to act as RNA editing factors. Most of these proteins belong to the PentatricoPeptide Repeat (PPR) family. Amongst these PPR, some contain a DYW domain with weak similarity to cytidine deaminases (CDA), whilst others lack such a domain, creating doubts about whether this domain is required for editing. The gene At1g47580 (named DYW1) encodes a protein in Arabidopsis thaliana that contains “only” a DYW domain. Our initial hypothesis was that DYW1 might interact with PPR proteins that lack a DYW domain, in order to form a heterodimer, able to perform site-specific editing. In accordance with this hypothesis, we discovered that DYW1 is involved in editing the same site as CRR4, a PPR lacking a DYW domain, and that these two proteins interact together in vivo. Moreover, we showed that DYW1 replaces all the missing parts of CRR4 for editing. So, other partners need to be hypothesized for other DYW-lacking editing factors if this hypothesis is to be generalized. The highly conserved residues making up the CDA signature in DYW proteins were found to be essential for RNA editing and are also required for zinc binding, which is a known characteristic of CDAs. All the data so far are consistent with the DYW domain being (part of) a CDA activity; nevertheless, no CDA activity could be detected in vitro. It is likely that at least one required cofactor remains to be identified.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第22284号 / 理博第4598号 / 新制||理||1660(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻 / (主査)教授 鹿内 利治, 教授 長谷 あきら, 准教授 竹中 瑞樹 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM