Résumé : La répétition de l’hexanucléotide GGGGCC est le facteur génétique le plus présent chez les patients atteints de démence fronto-temporale (DFT) et de sclérose latérale amyotrophique (SLA). Elle apparait au niveau du cadre de lecture ouvert 72 du chromosome 9 (C9orf72). D’une part, la DFT se caractérise par des troubles de la personnalité, du langage et du comportement causés principalement par une dégénérescence de neurones corticaux, thalamiques, hippocampiques et cérébelleux. D’autre part, les patients SLA sont atteints de paralysie des muscles squelettiques causée par la mort de motoneurones au niveau de la moelle épinière et du système moteur central. Ces deux pathologies partagent de nombreuses caractéristiques cliniques et génétiques, suggérant qu’il existe des mécanismes communs entre elles.D’abondantes inclusions cytoplasmiques de protéines issues de la traduction des ARN d’hexanucléotides ont été retrouvées dans le cerveau de patients décédés de SLA et de DFT. On appelle ces polypeptides : Protéines à Répétitions de Dipeptides (PRD), car ils ne sont composés que d’une suite de deux résidus : glycine-alanine (GA), glycine-proline (GP), glycine-arginine (GR), proline-arginine (PR) et proline-alanine (PA). La toxicité de ces PRD a été mise en évidence dans des modèles cellulaires, chez la drosophile mais aussi la souris. Cependant, peu d’études se sont concentrées sur la caractérisation biochimique de ces PRD.Le travail de cette thèse a consisté en la production et la caractérisation in vitro de PRD. J’ai réalisé la caractérisation biochimique de ces protéines et étudié leur capacité à s’auto-assembler au sein de l’équipe « Repliement des protéines in vitro et maladies conformationnelles » dirigée par Ronald Melki. Les PRD recombinants poly-GA, poly-PA et poly-GP ont été produits. Nous avons déterminé les conditions in vitro dans lesquelles ces protéines s’assemblaient. La morphologie des agrégats a été étudiée par microscopie électronique, tandis que la structure des protéines a été déterminée par spectromètre de dichroïsme circulaire pour la forme monomérique et par spectroscopie à infrarouge pour les assemblages.La toxicité, la propagation et la capacité de ces PRD à être internalisé sont testées dans des modèles cellulaires en collaboration avec l’équipe du Pr. Mimoun Azzouz de l’Université de Sheffield. / Abstract : The most common genetic factor between familial Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) and Frontotemporal Dementia (FTD) is the repetition of (GGGGCC)n in the open reading frame 72 of chromosome 9 (C9orf72). FTD is characterized by personality, behavior and language disorders due to neuronal degeneration in the cortex, thalamus, hippocampus and cerebellum. ALS patients, on the other hand, exhibit motor symptoms primarily consisting of paralysis of the skeletal muscles caused by motoneuronal loss in the spinal cord and the central motor system. These pathologies have significant genetic and clinic overlaps suggesting common mechanisms.Large amounts of cytoplasmic inclusions of the Dipeptide Repeat Proteins (DRP), translated from C9orf72 RNA, were found in brains of patients who died from ALS or FTD.These proteins are constituted of repetitions of Dipeptides : glycine-alanine (poly-GA), glycine-proline (poly-GP), glycine-arginine (poly-GR), proline-arginine (poly-PR) and proline-alanine (poly-PA). The toxicity of the aggregated DRP has been shown in various cellular models as well as in drosophila and mice. Nevertheless, few studies have described the biochemistry of the DRP. The aim of my thesis is the in vitro caracterization of the DRP. I have characterized the biochemistry of these proteins and in particular their self-assembly abilities in Ronald Melki’s team « Proteins folding and conformational diseases ».Recombinant DRP of different lengths and nature have been produced to determined the in vitro conditions in which they assemble. The morphology of the related aggregates has been studied by transmission electron microscopy. Structure informations of DPR were obtained with Circular Dichroïsm spectrometry for monomers and Infrared spectroscopy for assemblies. Lastly, the toxicity and internalization abilities of these proteins and their assemblies are tested on culture cells in collaboration with Pr. Mimoun Azzouz of the University of Sheffield.

L’exposition au régime maternel durant la période périnatale, induit des processus d’empreintes orientant à long terme le phénotype et la santé des individus. De plus, les orientations alimentaires, telles que celles concernant les protéines, évoluent quantitativement et qualitativement. Ces deux constats, encouragent la communauté scientifique à s’interroger sur les conséquences de ces variations de consommation en protéines sur les générations futures. Ce projet de thèse vise à évaluer chez la descendance femelle rat, les effets d’une alimentation maternelle variant par la teneur (riche versus normal) et la qualité (sources animales versus végétales) en protéines sur la modification des préférences alimentaires et sur les risques métaboliques.Deux études ont été réalisées chez le rat. Une première étude a évalué l’impact de l’excès de protéines à travers un régime hyperprotéique (HP) à base de protéines de lait pendant la gestation. Une seconde étude a évalué les effets d’un régime HP de source protéique spécifique (lait, pois ou dinde) pendant la gestation et d’un régime de source protéique spécifique (lait, pois ou dinde) pendant l’allaitement. Une fois sevrés et jusqu’à l’âge adulte (étude 1 : 15 semaines ; étude 2 : 10 semaines), les ratons femelles ont été soumis à des modèles de « dietary self-selection » (DSS) leur laissant la possibilité de choisir la composition en macronutriments, le niveau de consommation alimentaire et la source protéique (étude 2 uniquement). Indépendamment du régime maternel, ces deux études ont montré que lorsque les sources en macronutriments étaient séparées dans le modèle DSS, les ratons présentaient une hyperphagie liée à une consommation accrue de lipides au détriment des glucides.De plus, les résultats de la seconde étude ont montré que les ratons n’orientaient pas spécifiquement leur consommation de protéines vers la source protéique à laquelle ils avaient été exposés via le régime maternel périnatal. En revanche, les deux études ont montré que la consommation d’un régime HP pendant la gestation, quelle que soit la qualité des protéines le composant, induisait une augmentation de l’adiposité chez la descendance femelle adulte. Cette augmentation était majorée lorsque la descendance avait été soumise au régime de choix (DSS), leur permettant d’augmenter leur consommation de lipides au détriment des glucides.En conclusion, l’exposition périnatale à un régime HP de qualité variable en protéines augmente la sensibilité au surpoids chez la descendance femelle adulte rat. Nous avons évalué les relations entre ces données et : la sensibilité des voies centrales du contrôle de la prise alimentaire et de la récompense, la sensibilité des voies de contrôle du métabolisme énergétique périphérique et la composition et l’activité du microbiote de l’intestin.Ces travaux apportent un grand nombre de nouvelles données indiquant clairement qu’une alimentation équilibrée en quantité et en qualité de protéines pendant la grossesse, à travers le ratio protéines/glucides et le profil en acides aminés, pourrait jouer un rôle clé sur des paramètres phénotypiques de la descendance notamment lorsqu’elle est soumise à des choix alimentaires augmentés. / Abstract : Perinatal exposure to maternal diet induces programming processes of later individual phenotype and health. Additionally, food orientations like for protein, change in terms of quantity and quality. These observations enhance scientific community to evaluate consequences of protein consumption changes on future generations.This thesis project aims to determine the consequences of modifying protein quantity and quality in maternal diets on food preferences and metabolic risks in female rat offspring.Two studies were conducted in rats. The first study evaluated the impact of protein excess in the maternal diet during gestation, through a high-protein (HP) diet composed with cow milk protein. The second study evaluated effects of (i) a HP diet composed with different protein sources (cow milk, pea, or turkey) during gestation and (ii) these different protein sources (cow milk, pea, or turkey-derived) during lactation. From weaning to adulthood (study 1: 15 weeks after birth; study 2; 10 weeks after birth), female pups were subjected to “dietary self-selection” (DSS), which allowed them to choose their own macronutrient compositions, level of food intake and protein sources (second study only).Regardless of the maternal diet, these two studies showed that when DSS was composed with separate macronutrients, rats exhibited overfeeding and increased lipid intake coupled with a decreased carbohydrate intake. Moreover, the results of the second study indicated that rats did not orient their protein intake towards the maternal protein source to which they were exposed during perinatal period. Nevertheless, the two studies showed that the maternal HP diet during gestation caused an increased adiposity in female adult offspring, regardless of the maternal protein source. This increase was stronger when offspring were subjected to DSS condition, which allowed them to increase lipid intake and decrease carbohydrate intake.In conclusion, perinatal exposure to a HP diet varying in protein quantity and quality increases the risk of becoming overweight in female rat adult offspring. We assess the relationship between these data and the the sensitivity of central pathways of food intake and reward control, the sensitivity of energetic and peripheral metabolic pathways, and the gut microbiota composition and activity.This work provides new data indicating that a balanced diet in protein quantity and quality during gestation, through a protein/carbohydrate ratio and amino acid profile, could play a key role on offspring phenotypic parameters, especially when submitted to increased dietary options.

Ce travail de thèse est une étude in silico des structures tridimensionnelles des protéines, qui a fait l’objet de 5 publications scientifiques.D’une manière plus précise, les travaux s’articulent autour de trois thématiques originales et complémentaires dans le domaine de la bioinformatique structurale : la caractérisation d’un nouvel échelon de description de la structure des protéines (les unités protéiques), intermédiaire entre les structures secondaires et les domaines.Le deuxième axe de cette thèse porte sur le développement d’une nouvelle méthode de prédiction des structures protéiques, appelée ORION.Cette méthode permet une détection accrue d’homologues lointains grâce à la prise en compte de l’information structurale sous forme d’un alphabet structural (les blocs protéiques).Une seconde version améliorée a été rendue accessible à la communauté scientifique par le biais d’une interface web : http://www.dsimb.inserm.fr/ORION/.Le dernier axe de cette thèse, s’oriente autour du développement d’outils, pour la prédiction de l’orientation et l’évaluation de la membrane dans les structures de protéines membranaires effectué dans le cadre de plusieurs collaborations.Les outils développés (ANVIL et MAIDEN) ont été mise à la disposition de la communauté scientifique par le biais d’une interface web appelée OREMPRO et accessible à l’adresse suivante : http://www.dsimb.inserm.fr/OREMPRO/. / This thesis deals with three complementary themes in the field of structural bioinformatics : the characterization of a new level of description of the protein structure (Protein Units) which is an intermediate level between the secondary structures and protein domains. The second part focus on the development of a new method for predicting protein structures,called ORION. It boosts the detection of remote protein homologs by taking into account thestructural information in the form of a structural alphabet (Protein Blocks). A second improved version was made available to the scientific community through a web interface : http://www.dsimb.inserm.fr/ORION/. The last part of this thesis describes the collaborative development of new tools for predicting and assessing the orientation of proteins in the membrane. The two methods developed (ANVIL and MAIDEN) were made available to the scientific community through a webinterface called OREMPRO: http: / /www.dsimb.inserm.fr/OREMPRO.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La compréhension des mécanismes moléculaires de différentes pathologies a permis la caractérisation de gènes et de protéines impliqués dans la pathogénèse et l'identification de cibles thérapeutiques intracellulaires. La nature hydrophobique de la membrane cellulaire empêche le passage des médicaments dans les cellules. Les Cell-Penetrating Peptides (CPP) ou domaines de transduction protéiques (PTD) sont des peptides qui permettent l'internalisation de macromolécules hydrophiles in cellulo et in vivo. Un nouveau peptide issu du facteur de transcription ZEBRA du virus Epstein-Barr, et qui possède des propriétés de transduction a été caractérisé récemment dans notre laboratoire. Des études par mutagénèse de délétion de la protéine ZEBRA ont permis d'identifier la région d'acides aminés (nommé ainsi MD) impliquée dans la pénétration cellulaire. Ce peptide traverse les membranes des cellules de mammifères par un mécanisme de translocation directe, même lorsqu'il est fusionné à des molécules telles que la protéine reportrice eGFP. Le mécanisme de pénétration directe représente un grand avantage pour les applications thérapeutiques: les molécules cargos peuvent être internalisées directement dans le cytoplasme cellulaire sans dégradation et sous une forme biologiquement active. L'objectif de cette thèse est d'étudier les propriétés de pénétration cellulaire du peptide MD et d'évaluer ses applications thérapeutiques comme système de vectorisation des protéines. Ce travail est structuré en trois parties. La première partie porte sur l'étude de l'optimisation de la séquence peptidique MD par réduction de taille et l'évaluation du rôle de sa composition en acides aminés dans le processus de translocation à travers la membrane cellulaire. Cette étude a conduit à l'identification d'une séquence plus courte MD (MD11) possédant une efficacité et un mécanisme de translocation inchangés. La deuxième partie décrit une approche thérapeutique basée sur MD11 visant à la complémentation protéique d'un dysfonctionnement identifiée dans la plupart des cancers. Les cellules tumorales présentent des altérations dans la machinerie de traduction résultant dans une prolifération cellulaire incontrôlée. Parmi les différents facteurs intervenant dans la régulation de ce processus, le facteur eucaryote d'initiation 3 (eIF3) contribue à l'oncogenèse et au maintien de l'état cancéreux. Ce complexe est composé de 13 sous-unités, désignées eIF3 a-m. L'expression de certaines sous-unités est altérée dans plusieurs cancers, et en particulier la sous-unité f (eIF3f) est significativement diminuée dans le mélanome, les cancers du pancréas, de la vulve, du sein, de l'intestin et de l'ovaire. L'expression ectopique par transfection transitoire du gène eIF3f inhibe la synthèse protéique et induit l'apoptose dans le mélanome et dans les cellules cancéreuses pancréatiques. A partir de ces observations, nous avons développé une approche thérapeutique innovante pour le traitement des cancers dans lesquels la protéine manquante eIF3f est produite sous forme recombinante fusionnée à la séquence de MD11, et ensuite internalisée dans les cellules cibles tumorales. Ces résultats démontrent que le système de transfert de eIF3f basé sur MD11 représente une stratégie efficace pour supprimer la prolifération des cellules tumorales. La dernière partie de cette thèse explore la propriété de pénétration de MD11 dans les cellules de levure, et en particulier dans le champignon pathogène Candida albicans. Les résultats obtenus démontrent la polyvalence de MD11, qui fonctionne comme vecteur de protéines à activité biologique aussi bien dans la levure que dans les cellules de mammifères. Le potentiel de MD11 comme système de transport et de relargage des protéines a donc été établis, toutefois certaines améliorations en ce qui concerne la formulation des protéines de fusion et des études in vivo doivent être réalisées afin de valider son efficacité thérapeutique. / In recent years, the understanding of disease molecular mechanisms has led to the identification of genes and proteins that are altered in disease state and many therapeutic targets have been found located within cells. The protective and hydrophobic nature of plasma membrane prevents therapeutic drugs from entering cells. Cell-penetrating peptides (CPPs) or protein transduction domains (PTDs) have emerged as a group of non-invasive delivery vectors for various hydrophilic macromolecules, and several in vitro and in vivo applications as pharmaceutical carriers have been reported. A novel cell-penetrating peptide deriving from the Epstein-Barr virus ZEBRA transcription factor has been recently characterized in our laboratory. A reductionist study of full-length ZEBRA protein has allowed to identify the amino acid region (named as Minimal Domain, MD) implicated in cellular uptake. This peptide is able to cross the mammalian cell membranes via a direct translocation mechanism even when fused to cargo molecules such as eGFP reporter protein. The direct penetration mechanism represents a great advantage for therapeutic applications as the cargo molecules can be directly delivered into cells cytoplasm in a biological active form. The aim of this thesis is to explore the cell-penetrating properties of the MD peptide and evaluate its applications as therapeutic protein delivery system. This work is structured in three parts.The first part describes the study on the optimization of MD peptide sequence by size-reduction and the evaluation of its amino acid composition role in the translocation process across the cell membrane. This study has led to the identification of a shorter MD sequence (MD11) with unvaried mechanism of translocation. The second section describes a MD11-based therapeutic approach aiming at repair a dysfunction of the protein synthesis identified in most cancers. The regulation of the protein synthesis has a crucial role in governing the eukaryotic cell growth and subtle defects in the translational machinery can alter the cellular physiology and lead to cell malignancy. Among the different factors intervening in the regulation of this process, the eukaryotic initiation factor 3 (eIF3) contributes to oncogenesis and maintenance of the cancer state. This complex is composed of 13 subunits (designated eIF3 a-m). The expression of eIF3 subunits is altered in several cancers, and in particular the f subunit (eIF3f) is significantly down-regulated in pancreas, vulva, breast, melanoma, ovary and small intestine tumors. The eIF3f ectopic expression by transient gene transfection inhibits cellular protein synthesis and induces apoptosis in melanoma and pancreatic cancer cells. Starting from these observations, we developed an innovative therapeutic approach for cancer treatment in which the missing eIF3f protein is produced in vitro in fusion to MD11, and delivered to cells. These results have demonstrated that the MD11- based eIF3f transfer system may represent a powerful strategy to suppress the tumor-cell proliferation. The last part of this thesis explores the cell-penetrating property of MD11 in yeast cells, and in particular in the pathogenic fungus Candida albicans. The presented results demonstrate the versatility of MD11, functioning as vectors in both yeast and mammalian cells and as carrier for proteins with biological activity.The MD11 potential as protein delivery system is evident; however some improvements regarding the fusion protein formulation and in vivo studies should be realized to validate the effectiveness of its therapeutic application.

La dissémination métastatique est associée à de faibles chances de survie dans les cas de mélanomes humains, comme pour d’autres cancers. Le développement de métastases est un processus qui se fait en plusieurs étapes et nécessite la réorganisation du cytosquelette d’actine pour permettre la migration et l’invasion cellulaire. La protéine Nck2 est un adaptateur protéique principalement impliqué dans la réorganisation du cytosquelette. Une étude préliminaire réalisée dans notre laboratoire avait révélé que les niveaux de la protéine Nck2 et de son ARNm sont augmentés dans les lignées de mélanome métastatiques en comparaison aux lignées primaires. Le but de la présente recherche était donc d’étudier le rôle de l’adaptateur Nck2 dans la progression métastatique. Les résultats obtenus confirment que l’expression de Nck2 augmente de façon marquée au cours de la progression métastatique du mélanome humain. Cette étude révèle en plus que l’expression de hauts niveaux de Nck2 dans les cellules de mélanome primaire stimule la prolifération cellulaire et la migration, n’affecte pas l’invasion d’une matrice de collagène de type I, mais semble affaiblir les contacts cellule-cellule et l’adhésion au substrat. Une étude préliminaire effectuée in vivo révèle que ces phénomènes se traduisent par une légère augmentation de la tumorigenèse et de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, les résultats obtenus suggèrent que Nck2 pourrait effectivement jouer un rôle dans la progression métastatique du mélanome en favorisant la prolifération des cellules tumorales et en facilitant leur détachement de la tumeur primaire, les rendant plus aptes à se disperser dans l’organisme et à établir des colonies métastatiques. Au niveau moléculaire, nous proposons que Nck2 est recruté dans les invadopodes pour favoriser la formation de complexes protéiques qui stimulent l’invasion. La mobilisation de Nck2 dans ces structures membranaires diminuerait sa disponibilité pour l’établissent d’autres complexes protéiques, entre autres dans les complexes d’adhésion focaux (FAs) et dans les jonctions adhérentes, diminuant ainsi les contacts des cellules cancéreuses avec la matrice extracellulaire et les cellules avoisinantes. / The metastatic process is highly fatal in many cancers, including human melanoma. Metastatic progression is a multistep process in which cytoskeletal organization allows migration and invasion of cancer cells. Nck2 is an adaptor protein mainly associated with cytoskeletal organization. A preliminary study carried out in our laboratory has shown that Nck2 protein and mRNA levels are increased in metastatic melanoma cell lines compared to primary cell lines. In this study, the role of Nck2 in metastatic progression was further investigated. Results confirmed that Nck2 levels are increased in metastatic melanoma compared to primary cell lines. Nck2 overexpression in primary melanoma induced migration and cell proliferation, did not affect invasion in type I collagen matrix, but decreased cell-cell and cell-substrate adhesion. In addition, a preliminary in vivo study suggested that Nck2 overexpression slightly increased tumorigenesis and tumor growth in primary melanoma. All together, these results indicate that Nck2 may effectively influence metastatic progression of melanoma by increasing cancer cell proliferation and detachment from the primary tumor, allowing them to enter the blood circulation and form distant colonies. At the molecular level, we propose that Nck2 is recruited to invadopodia in order to form molecular complexes that increase cell invasion, and this may results in a decrease in Nck2 levels available to form other molecular complexes in others cell compartments, such as focal adhesions (FA) and adherent cell junctions.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le fromage fondu est un produit alimentaire de seconde transformation obtenu après mélange et cuisson de fromages, additionnés éventuellement d'autres ingrédients laitiers. Ce produit, dont la consommation croit dans de nombreuses régions du monde, présente une grande variété d'applications et peut être conservé plusieurs mois à température ambiante. Cependant, les mécanismes moléculaires sous-jacents à sa structuration biochimique demeurent mal connus et sa fabrication industrielle reste souvent empirique.L'objectif général de ce travail est d'améliorer la compréhension des étapes de structuration biochimique du fromage fondu de type « portion triangulaire tartinable », au cours des étapes de sa fabrication. Dans un premier temps, les propriétés physico-chimiques des sels de fonte, additifs ajoutés au fromage fondu, ont été étudiées dans des milieux modèles de complexités croissantes, de la solution aqueuse jusqu'au lait écrémé. La composition de ces sels de fonte, leur hydrolyse après traitement thermique ainsi que leur interaction avec certains constituants laitiers ont été évaluées par deux méthodes complémentaires : la chromatographie ionique et la RMN du phosphore. Par ailleurs, il a été montré que ces sels, via la chélation du calcium, induisaient la dissociation des caséines, modifiant les propriétés d'hydratation et d'émulsification de ces dernières.Dans un deuxième temps, le rôle des sels de fonte quant à la structuration des protéines, de l'eau, des minéraux et de la matière grasse a été analysé dans des matrices plus complexes : les portions triangulaires tartinables, aux étapes clés de leur fabrication. Un mécanisme d'interaction des constituants biochimiques majoritaires a été proposé, prenant en compte l'évolution des molécules sous l'effet des contraintes physiques et chimiques appliquées au cours du procédé. / Processed cheese is manufactured by the secondary processing food industry, by mixing and heating cheese, along with other dairy ingredients. This product, whose consumption grows in many parts of the world, has a wide variety of applications and can be stored for several months at room temperature. However, the molecular mechanisms underlying its structure remain poorly understood and industrial production is often empirical. The general objective of this work is to improve the understanding of biochemical steps structuring spreadable processed cheese during its manufacture. At first, the physico-chemical properties of additives used in processed cheese, i.e. emulsifying salts, have been studied in simplified environments of increasing complexity, from aqueous solutions to skimmed milk. The composition of theses salts, their hydrolysis after heat treatment and their interaction with some dairy constituents were assessed by two complementary methods: ion chromatography and phosphorus NMR. Moreover, it has been shown that these salts, through the calcium chelation, induced casein dissociation and modified their hydration and emulsifying properties. Then, the role of these salts on the structure and interactions between proteins, water, minerals and fat were analyzed in spreadable processed cheese, at different steps of its manufacture. A mechanism of interaction between the major biochemical constituents has been proposed, taking into account the evolution of molecules under the influence of physical and chemical constraints applied during the process.

La diversité du monde vivant repose pour une large part sur la diversité des protéines codées dans les génomes. Comment une telle diversité a-t-elle été générée ? La théorie classique postule que cette diversité résulte à la fois de la divergence de séquence et de la combinatoire des arrangements de protéines en domaines à partir de quelques milliers de domaines anciens, mais elle n’explique pas les nombreuses protéines orphelines.Dans cette thèse, nous avons étudié l’évolution des protéines du point de vue de leur décomposition en domaines en utilisant trois bases de données : HOGENOM (familles de protéines homologues), Pfam (familles de domaines expertisées) et ProDom (familles de modules protéiques construites automatiquement). Chaque famille d’HOGENOM a ainsi été décomposée en domaines de Pfam ou modules de ProDom. Nous avons modélisé l’évolution de ces familles par un réseau Bayésien basé sur l’arbre phylogénétique des espèces. Dans le cadre de ce modèle, on peut reconstituer rigoureusement les scénarios d’évolution les plus probables qui reflètent la présence ou l’absence de chaque protéine, domaine ou module dans les espèces ancestrales. La mise en relation de ces scénarios permet d’analyser l’émergence de nouvelles protéines en fonctions de domaines ou modules ancestraux. L’analyse avec Pfam suggère que la majorité de ces événements résulte de réarrangements de domaines anciens, en accord avec la théorie classique. Cependant une part très significative de la diversité des protéines est alors négligée. L’analyse avec ProDom, au contraire, suggère que la majorité des nouvelles protéines ont recruté de nouveaux modules protéiques. Nous discutons les biais de Pfam et de ProDom qui permettent d’expliquer ces points de vue différents. Nous proposons que l’émergence de nouveaux modules protéiques peut résulter d’un turn-over rapide de séquences codantes, et que cette innovation au niveau des modules est essentielle à l’apparition de nombreuses protéines nouvelles tout au long de l’évolution. / The diversity of life derives mostly from the variety of proteins coded in genomes. How did evolution produce such a tremendous diversity ? The classical theory postulates that this diversity results both from sequence divergence and from the combinatorial arrangements of a few thousand primary protein domain types. However this does not account for the increasing number of entirely unique proteins as found in most genomes.In this thesis, we study the evolution of proteins from the point of view of their domain decomposition and rely on three databases : HOGENOM (homologous protein families), Pfam (manually curated protein domain families) and ProDom (automatically built protein module families). Each protein family from HOGENOM has thus been decomposed into Pfam domains or ProDom modules. We have modelled the evolution of these families using a Bayesian network based on the phylogenetic species tree. In the framework of this model, we can rigorously reconstitute the most likely evolutionary scenarios reflecting the presence or absence of each protein, domain or module in ancestral species. The comparison of these scenarios allows us to analyse the emergence of new proteins in terms of ancestral domains or modules. Pfam analysis suggests that the majority of protein innovations results from rearrangements of ancient domains, in agreement with the classical paradigm of modular protein evolution. However a very significant part of protein diversity is then neglected. On the other hand ProDom analysis suggests that the majority of new proteins have recruited novel protein modules. We discuss the respective biases of Pfam and ProDom underlying these contrasting views. We propose that the emergence of new protein modules may result from a fast turnover of coding sequences and that this module innovation is essential to the emergence of numerous novel proteins throughout evolution

Les récepteurs nucléaires sont des facteurs de transcription qui exercent leur fonction via le contrôle de la transcription de leurs gènes cibles, une régulation qui est dépendante de cofacteurs associés. Les complexes transcriptionnels ainsi formés dialogueront avec l’environnement chromatinien (méthylation de l’ADN, remodelage des nucléosomes, modifications post-traductionnelles des histones) afin de promouvoir la répression ou l’activation transcriptionnelle des cibles géniques de ces récepteurs. Ce projet a identifié une interaction entre la lysine déméthylase LSD1 et le récepteur nucléaire orphelin ERRα dans des cellules humaines de cancers du sein. LSD1 protège ERRα d’une dégradation protéasomale de manière indépendante de son activité catalytique. Par ailleurs, LSD1 déméthyle H3K9 et H3K4 in vivo, mais est incapable in vitro de déméthyler H3K9. La présence de ERRα révèle cette activité de LSD1 sur H3K9, suggérant que le complexe ERRα -LSD1 agit comme un régulateur positif de la transcription. En ce sens, ERRα et LSD1 régulent un nombre important de gènes communs identifiés par RNAseq. Ainsi, 10 gènes activés ont été sélectionnés et le recrutement de ERRα et LSD1 a été examiné sur ces cibles géniques. En association avec les résultats obtenus in vitro, nous avons observé in vivo qu’en absence de ERRα ou LSD1, les gènes activés par ces deux partenaires présentent une augmentation de la marque répressive H3K9me2 sans affecter H3K4me2 au niveau du site d’initiation de la transcription. En conclusion, LSD1 interagit avec ERRα et inhibe sa dégradation, conduisant à une coopération transcriptionnelle de ces protéines. Pour la première fois, un rôle direct de ERRα sur l’environnement chromatinien a été identifié via l’activité de LSD1 sur des marques répressives d’histones. / Nuclear receptors are transcription factors that cooperate with chromatin associated factors to promote their activities. These transcriptional complexes are able to modulate the chromatin landscape to repress or promote transcription. Interestingly, there is an intricate cross-talk between these complexes and the chromatin environment that can influence each other to coordinate gene expression led by nuclear receptors. Post-translational modifications of histones regulate in part, DNA accessibility and the activities of nuclear receptors. One of these histone modifiers is LSD1, which is known to demethylate lysines 4 (H3K4) and 9 (H3K9) on histone 3. This manuscript focuses on the discovered LSD1-ERRα complex in human cancer cell lines. LSD1 interacts with ERRα, hence, modulates ERRα protein stability via a demethylation independent manner. Moreover, LSD1 is able to demethylate H3K4me2 in vitro but not H3K9me2. Interestingly, we observed that ERRα is able to switch LSD1 activity toward H3K9me2 to promote gene transcription without any additional cofactor in vitro. To confirm this effect in vivo, a transcriptomic analysis on mammary cancer cells was performed and highlights common target genes between ERRα and LSD1. We selected 10 genes activated by both and verified ERRα and LSD1 recruitment on these targets. Moreover, upon knock-down of ERRα or LSD1, the transcriptional start sites of activated genes -bound and regulated by both proteins- are enriched in the repressive mark H3K9me2. Altogether, these results describe a positive regulation of ERRα by LSD1 which in turn, drives the demethylase activity on H3K9me2 to promote transcription. Finally, these data highlight a direct function of ERRα on chromatin landscape.