Les relations structure-activité (RSA) désignent la relation entre structure chimique et activité pharmacologique pour une série de composés (IUPAC, 1998). Elles ont été utilisées dans les industries pharmaceutique, chimique et cosmétique, tout particulièrement pour la conception de nouvelles entités chimiques et médicamenteuses. Après une revue de la littérature, nous avons étudié les RSA en allergie médicamenteuse immédiate pour 4 classes thérapeutiques (antibiotiques bêta-lactames, produits de contraste IRM, curares, insuline) ainsi qu'en allergie médicamenteuse retardée (iodixanol, produit de contraste iodé) en nous basant sur les résultats des tests cutanés et biologiques. Les résultats obtenus démontrent qu'il existe un lien entre structure chimique et potentiel allergénique des molécules. Les RSA permettent : (1) l'identification des déterminants allergéniques sur la base de l'étude des réactivités croisées, (2) la prédiction de la probabilité de réactions d'hypersensibilité aux molécules apparentées et la sélection d'alternatives thérapeutiques de manière non-empirique / Structure-Activity Relationships (SAR) refer to the relation between chemical structure and pharmacological activity for a series of compounds (IUPAC, 1998). They have been used in the pharmaceutical, chemical and cosmetic industries, especially for drug and chemical design purposes. After reviewing literature data, we describe SAR-based approaches based on skin and laboratory tests in immediate drug hypersensitivity (beta-lactam antibiotics, MRI contrast agents, neuromuscular blocking agents, insulin) as well as in delayed drug hypersensitivity (iodixanol, iodinated contrast media). Our findings demonstrate a link between chemical structure and allergenic potential of a molecule. Structure-activity relationships can prove useful to: (i) identify allergenic determinants on the basis of cross-reactivity studies, (ii) predict the likelihood of hypersensitivity reactions to related molecules and select safe alternatives on a non-empirical basis

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les travaux présentés dans la présente thèse proposent un avancement des connaissances tant en termes de développement fondamental de méthodes d'analyse en dynamique moléculaire et en arrimage moléculaire, qu'en avancement des connaissances dans le domaine du développement pharmaceutique dans trois contextes. Le premier contexte est celui de la calcification de la valve aortique. Il s'agit d'une problématique qui augmente constamment en prévalence, surtout avec le vieillissement de la population. L'inhibition de la protéine Ectonucleotidase pyrophosphatase/phosphodiestérase de type 1 (NPP1) a été démontrée in vivo comme une avenue de traitement possible de cette condition. La dynamique moléculaire a été utilisée pour caractériser la dynamique et les réseaux d'interactions de cette protéine. Pour cette analyse, une nouvelle méthode a été mise au point. De plus, la dynamique moléculaire a aussi été utilisée pour faire la recherche de sites de liaisons allostériques potentielles sur NPP1 en vue d'identifier le site de liaison de l'inhibiteur QPS1. Le second contexte est celui du cancer du sein estrogéno dépendant. Le cancer du sein fait partie des principales causes de mortalité dans le monde et la majorité de ces cancers sont estrogénos dépendants. La protéine 17β-Hydroxystéroïde déshydrogénase de type 1 (17β-HSD1) est impliquée dans la prolifération de ces cancers. L'arrimage moléculaire a été utilisé pour développer une relation de structure-activée entre trois séries d'inhibiteurs de dérivés de l'estradiol. La première série de molécules présente une mode d'inhibition covalente irréversible. Une nouvelle méthodologie a été mise au point pour l'arrimage de ces composés. La relation de structure-activité développée pour ces trois séries de molécules ouvrent la porte vers de nouvelles modifications potentielles. Enfin, le troisième contexte est celui des produits naturels. Ces derniers sont une source énorme de nouvelles molécules thérapeutiques. L'étude par modélisation porte sur les produits naturels éther de diphényle qui ont été caractérisés comme ayant un potentiel anti-inflammatoire. La comparaison de structure en 2D et l'arrimage moléculaire ont permis d'identifier le Récepteur gamma activé par les proliférateurs de peroxysomes (PPAR-γ) comme une cible pouvant expliquer leur effet anti-inflammatoire. La relation de structure-activité développée ouvre sur des directions d'améliorations potentielles. / The work described in this thesis proposes an advancement of knowledge both in terms of fundamental development of analytical methods in molecular dynamics and molecular docking, and an advancement of knowledge in the field of pharmaceutical development in three contexts. The first context is that of aortic valve calcification. This is a problem that is constantly increasing in prevalence, especially with the aging of the population. Inhibition of the enzyme Ectonucleotidase pyrophosphatase / phosphodiesterase type 1 (NPP1) has been shown in vivo as a possible treatment avenue for this condition. Molecular dynamics has been used to characterize the dynamics and interaction networks of this protein. For this analysis, a new method has been developed. In addition, molecular dynamics was also used to search for potential allosteric binding sites on NPP1 in order to identify the binding site of the QPS1 inhibitor. The second context is that of estrogen-dependent breast cancer. Breast cancer is one of the leading causes of death worldwide and the majority of these cancers are estrogen dependent. The protein 17 β-Hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (17β-HSD1) is involved in the proliferation of these cancers. Molecular docking was used to develop an activated structural relationship between three series of inhibitors of estradiol derivatives. The first series of molecules presents a mode of irreversible covalent inhibition. A new methodology has been developed for the docking of these compounds. The structure-activity relationship developed for these three series of molecules opens the door to new potential modifications. Finally, the third context relates to natural products. These are a huge source of potential new therapeutic molecules. The modelling study focuses on natural diphenyl ether products that have shown anti-inflammatory activity. The 2D structure comparison and molecular docking allowed the identification of the gamma receptor activated by peroxisome proliferators (PPAR-γ) as a target that may explain their anti-inflammatory effect. The structure-activity relationship developed opens up potential directions for improvement.

L'utilisation de la biologie moléculaire pour la caractérisation des enzymes impliquées dans le métabolisme des hormones stéroïdiennes a fait progresser de manière importante les connaissances en endocrinologie. L'étude de la stéroïdogenèse a mené à d'importantes découvertes, notamment en ce qui a trait au traitement du cancer de la prostate et à diverses avenues thérapeutiques pour lutter contre le cancer du sein. Récemment, notre laboratoire a décrit la 17P-HSD de type 12, une enzyme impliquée dans la formation de l'estradiol chez l'humain. Ce mémoire poursuit les analyses amorcées en caractérisant l'orthologue murin de cette enzyme tout en identifiant un ancêtre commun chez C. elegans. La faible taille de la chaîne latérale de l'acide aminé en position 234 (alanine et méthionine) chez ces deux homologues comparativement à l'enzyme humaine (phénylalanine) permet l'entrée de substrats plus gros au site actif, ce qui affecte la spécificité. Je démontrerai donc que la 17P-HSD de type 12 chez la souris et chez C. elegans catalyse aussi bien la formation des androgènes que des estrogènes. / The use of molecular biology in the characterisation of enzymes involved in steroid hormone biosynthesis has led to great advances in endocrinology. Prostate cancer treatment and breast cancer therapies are some examples of tremendous discoveries which took place due to our understanding of steroidogenesis. Recently, our research group described type 12 17P-HSD which activates estrone by transforming it into estradiol, a powerful estrogen in human. This thesis focuses on the characterisation of its mouse and C. elegans homologs. The smaller size of amino acid 234 permits the entry of a wider variety of substrates into the active site of those two homologs compared to the human enzyme, thus affecting the specificity. In this work, I will prove that mouse and C. elegans type 12 17PHSD catalyzes the formation of both androgens and estrogens

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La régulation de la dynamique des chromosomes dicte la finalité de nombreux processus, tels la transcription, la réparation, la réplication et la recombinaison de l'ADN. Ce contrôle s'exerce notamment par la modification de la chromatine, un assemblage nucléoprotéique responsable de l'organisation de l'information génétique à l'intérieur du noyau des cellules eucaryotes. La chromatine constitue une plateforme dynamique et active où l'intégration de multiples événements de signalisation s'effectue. De ce fait, elle est porteuse d'une information épigénétique cruciale à l'homéostasie de la cellule et des organismes. Les complexes multiprotéiques pouvant modifier ou remodeler la structure de la chromatine sont au cœur de cette régulation. Leur caractérisation biochimique et fonctionnelle est donc primordiale à la compréhension des fonctions nucléaires. Une des modifications les mieux caractérisées est l'acétylation post-traductionnelle des queues N-terminales des histones, protéines structurales majeures de la chromatine. Chez Saccharomyces cerevisiae, le complexe histone acétyltransférase NuA4, dont l'activité catalytique est portée par la protéine Esal, est le seul de ce type à être essentiel à la viabilité de la levure. Cet assemblage de 13 sous-unités cible les extrémités des histones H2A et H4 et agit comme co-activateur transcriptionnel ainsi que co-facteur dans la réparation des cassures double brin de l'ADN. Le but premier mes études doctorales était de déterminer si le complexe NuA4 était conservé chez l'humain. Nous avons donc entrepris la purification et la caractérisation biochimique et fonctionnelle de ce complexe à partir de cellules humaines en culture. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence l'étonnante conservation de NuA4 chez les eucaryotes, en plus d'observer l'évolution convergente de deux complexes aux activités distinctes, réunis en une seule entité chez les métazoaires. L'identification des différentes protéines constituant ces complexes nous a amené à caractériser l'environnement moléculaire d'une famille de suppresseurs de tumeur impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire et agissant comme co facteurs de p53; la famille « inhibitor of growth ». Ceci nous a permis d'identifier trois nouveaux complexes histone acétyltransférase chez l'humain. De plus, nous avons mis en évidence leur rôle essentiel dans le processus de réplication de l'ADN.

Les maladies pulmonaires obstructives chroniques (MPOC) sont une cause importante de mortalité et de morbidité dans le monde. L'emphysème pulmonaire fait partie de ces maladies. Il est caractérisé par une inflammation pulmonaire chronique ainsi qu'un élargissement des alvéoles et aucun traitement efficace n'est disponible à ce jour. La préélafine est une protéine de petite taille (9.9 kDa) constituée de deux domaines distincts: un domaine cémentoïne dont la fonction est peu connue et un domaine WAP responsable de l'inhibition protéolytique. La fonction la plus connue de la préélafine est l'inhibition spécifique de peptidases à serine. Cette protéine possède aussi un pouvoir anti-inflammatoire et est un agent anti-microbien, notamment contre Pseudomonas aeruginosa. La préélafine est exprimée localement, entre autres au niveau des alvéoles pulmonaires, et son expression est augmentée lors de réactions inflammatoires. Mon projet de doctorat a consisté à étudier les fonctions de la préélafine dans le contexte de l'inflammation pulmonaire et de faire la relation entre sa structure protéique et ses fonctions biologiques. La première étude présentée dans cette thèse décrit l'effet de la préélafine sur l'inflammation et la destruction du tissu pulmonaire dans un modèle murin d'emphysème pulmonaire induit par l'élastase. Lors de ces expérimentations, nous avons démontré que la préélafine était efficace à diminuer l'accumulation de neutrophiles 24 heures après le traitement et qu'elle empêchait l'élargissement des alvéoles observé deux semaines après l'administration d'élastase. La préélafine permet aussi l'accumulation du granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) au sein des poumons. Ce facteur est associé à la réparation des alvéoles suite à des lésions et ce résultat suggère que la préélafine serait impliquée dans le processus de réparation tissulaire. Le deuxième article présente l'implication de la fonction anti-protéolytique de la préélafine dans sa capacité anti-inflammatoire et de protection pulmonaire en utilisant le même modèle animal. L'étude de deux mutants de la préélafine présentant des activités inhibitrices réduites démontre que les interactions hydrophobes entre l'inhibiteur et la peptidase au site Pl'- Sl' sont essentielles à l'inhibition protéolytique. La préélafine et ses variants sont tous efficaces à réduire la quantité de neutrophiles retrouvés dans les alvéoles 24 heures après le traitement des animaux à l'élastase. Ceci indique que la préélafine possède une fonction anti-inflammatoire dissociée de son inhibition protéolytique. Toutefois, la fonction anti-protéolytique de la préélafine est absolument nécessaire afin de préserver l'intégrité structurale pulmonaire et ainsi protéger contre les lésions emphysémateuses. L'inhibition protéolytique est aussi requise afin d'observer une augmentation du G-CSF dans les lavages bronchoalvéolaires (LBA). Finalement, des résultats complémentaires, joints en annexe, présentent l'effet de l'héparine sur l'inhibition de l'élastase neutrophilique humaine (ENH) par la préélafine et ses variants ainsi que la mise au point d'un nouveau système d'expression de la préélafine. Donc, nos travaux ont démontré que la préélafine était efficace à diminuer l'influx neutrophilique et à préserver le poumon contre la destruction suite à une réaction inflammatoire aigûe. Certaines de ces fonctions sont dissociées de la fonction inhibitrice de la préélafine. De plus, nos résultats suggèrent que la préélafine serait impliquée dans la réparation du tissu pulmonaire après que des dommages aient été causés à celui-ci. Ceci fait donc de la préélafine une molécule présentant un potentiel intéressant pour le traitement des personnes souffrant de maladies pulmonaires obstructives chroniques.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La découverte d’oxyde nitrique synthases (NOS) chez les bactéries a imposé un questionnement quant à la fonction de l’oxyde nitrique (NO) chez les microorganismes. Chez les mammifères, le NO remplit des fonctions de signalisation et de stress pour lesquelles il n’y a aucun équivalent chez les bactéries. Des études ont démontré que in vitro, comme chez les NOS animales (mNOS), les NOS bactériennes (bNOS) peuvent catalyser la conversion du L-arginine en L-citrulline et libérer du NO. Cependant, il a été découvert que les bNOS de Deinococcus radiodurans et Streptomyces turgidiscabies pouvaient catalyser la nitrosation de groupements trytophanyles. Jusqu’à maintenant ces études soutiennent l’hypothèse que les bNOS synthétisent du NO lors d’un processus de catalyse semblable à celui des mNOS. Cependant, elles indiquent que sa fonction pourrait être de modifier une molécule au site du cofacteur. Nous avons proposé l’étude des propriétés cinétiques et structurales des bNOS de Bacillus subtilis (BsNOS) et Staphylococcus aureus (SaNOS) afin d’investiguer le mécanisme catalytique des bNOS, d’approfondir les connaissances de la catalyse chez les NOS en général et d’explorer les particularités de ces enzymes susceptibles de révéler leur fonction. Nos études ont porté sur les caractéristiques structurales du site actif de SaNOS et BsNOS, sur les cinétiques de formation et de disparition du complexe oxygéné chez SaNOS, sur les interactions des substrats avec les ligands de l’hème et sur le rôle du cofacteur chez les bNOS. Nos résultats montrent que SaNOS et BsNOS peuvent catalyser les mêmes réactions biochimiques que les mNOS et apportent des éléments nouveaux permettant de mieux comprendre le mécanisme d’activation du complexe oxygéné, une étape cruciale à la catalyse. Par ailleurs, certaines ressemblances observées entre SaNOS, BsNOS et les mNOS ont révélé des propriétés conservées chez ces enzymes qui sont importantes pour la production et la fonction du produit synthétisé. Notamment la spécificité des interactions des différents substrats avec les ligands de l’hème et la déformation de la molécule d’hème. Cependant des différences reliées aux effets structuraux du cofacteur ont été observées et s’ajoutent à celles découvertes chez les autres bNOS qui indiquent que la fonction de ces enzymes pourrait se distinguer de celle des mNOS. / The discovery of nitric oxide synthases (NOS) in bacteria has raised many questions regarding the function nitric oxide (NO) might fulfill in prokaryotes. In mammals, NO is implicated in signal and stress events for which no equivalent functions exist in bacteria. In vitro studies have revealed that, like mammalian NOS (mNOS), bacterial NOS (bNOS) catalyze the hydroxylation of L-arginine to L-citrulline and release NO. In addition, it has been shown that the bNOS of Deinococcus radiodurans and Streptomyces turgidiscabies catalyse the nitrosation of tryptophanyl compounds. As of now these studies support the hypothesis that bNOS synthesize NO in a catalytic process similar to the one described for mNOS. However, these studies also indicated that the newly synthesized NO might be used to modify a molecule bound to the cofactor binding site. We proposed the investigation of the kinetic and structural properties of the bNOS of Bacillus subtilis (BsNOS) and Staphylococcus aureus (SaNOS) to probe the catalytic mechanism of bNOS, deepen our understanding of catalysis in NOS and explore the distinctive features of these new enzymes that might reveal their function. Our studies targeted the structure of the active site of SaNOS and BsNOS, the kinetics of formation and decay of the oxygenated complex of SaNOS, the interactions of the substrates with heme-bound ligands and the function of the cofactor in bNOS. Our results support the proposal that bNOS are able to catalyze the same biochemical reactions than those carried out by mNOS and bring new information that provide us with a better understanding of the mechanism of oxygen activation, a crucial step during catalysis. In addition the observation of some similarities between SaNOS, BsNOS and mNOS revealed conserved features in these enzymes that are important for the synthesis and function of the product. Notably the specificity of the interactions the two substrates make with the heme-bound ligands and the deformation of the heme molecule. Meanwhile structural differences related to the cofactor have been observed, and in addition to those observed in the other bNOS, point to a novel function for these enzymes.

Les analogues synthétiques des nucléosides naturels constituant des acides nucléiques occupent une place importante dans le domaine du médicament comme principes actifs antiviraux ou anticancéreux. Ces nucléosides agissent comme « prodrogues » en perturbant la biosynthèse des acides nucléiques viraux ou des cellules cancéreuses après phosphorylation. Dans la recherche de nouveaux médicaments antiviraux, nous avons cherché à synthétiser de nouveaux analogues des nucléosides naturels, les 2-désoxy-adénosine et -guanosine, et de l’aciclovir et de ses dérivés (vanciclovir, ganciclovir…) qui sont très utilisés dans le traitement de l’Herpès. Des premiers travaux en série adénine et guanine, n’ont pas permis d’obtenir les dérivés cycliques recherchés dans lesquels la base et la chaîne latérale introduite en position 9 de la base sont liés par un atome d’oxygène se trouvant en position 8 pour former un nouveau cycle. Quatre analogues cycliques en série guanine ont été synthétisés dans lesquels la base et la chaîne latérale en position 8 sont liés soit par un hétéroatome (préparés par réaction de substitution nucléophile), soit par une liaison carbone-carbone (préparés par réaction radicalaire) et sont en cours d’évaluation antivirale. / The synthetic analogues of the natural 2’-deoxyribonucleosides, linked by phosphodiester groups in nucleic acids, constitute major classes of antiviral and anticancer drugs. Such nucleosides act as “prodrugs” disturbing the biosynthesis of nucleic acids after phosphorylation. Searching for new antiviral drugs, the aim of this work was the synthesis of new modified nucleosides analogues of 2’-deoxyadenosine and -guanosine also analogues of aciclovir and its derivatives (vanciclovir, ganciclovir…) widely used for Herpes treatment. In the first works in adenine and guanine series, the cyclic analogues in which the base and a side chain introduced at position 9 of the base are linked at position 8 by an oxygen atom could not be obtained. Four cyclic analogues in the guanine series were prepared in which the base and the 9-side chain are linked at position 8 are either linked by a heteroatom (synthesized by nucleophilic substitution) or by a carbon-carbon bond (synthesized by free radical reaction). The evaluation of the antiviral activity of these compounds is underway.

La protéine farnésyltransférase (FTase) est une métalloenzyme à zinc catalysant le transfert d'une chaîne farnésyle provenant du pyrophosphate de farnésyle (FPP) sur le résidu cystéine de certaines protéines possédant un motif CaaX C-terminal où C est la cystéine farnésylée, a est un acide aminé aliphatique et X est Ser, Ala, Gln ou Met. Une fois additionné, le groupement farnésyle fait office de point d'ancrage rendant possible la fixation des protéines à la membrane cellulaire et de guide moléculaire facilitant la liaison de ces protéines prénylées à d'autres protéines. D'abord étudiée en oncologie, la FTase constitue aujourd'hui une cible potentielle pour la thérapie antiparasitaire qui manque cruellement de médicaments suite à l'apparition de phénomènes de résistance. La nécessité d'améliorer les thérapies existantes ouvre la voie de recherches innovantes pour trouver de nouvelles molécules bioactives.Lors de ces travaux de thèse, les deux stratégies de recherche pratiquées en chimie médicinale ont été utilisées.La première approche a consisté à synthétiser des analogues bisubstrats 1,2,3-triazoles pouvant se lier à la fois sur le site de liaison de la protéine et sur celui du FPP. Cette approche rationnelle a aussi permis d'ébaucher une synthèse monotope de triazoles 1,5-disubstitués à partir d'amines primaires. L'approche par criblage constitue la deuxième méthode de recherche de nouveaux inhibiteurs. Dans ce contexte, la chimiothèque de l'ICSN a été criblée et deux composés de type 3-arylthiophène ont révélé de bonnes activités et une structure originale dans l'inhibition de la FTase. Ainsi, des travaux de relations structure-activité ont été réalisés pour moduler les différentes positions du thiophène et la nature de l'hétérocycle central.Ce travail nous a permis d'élaborer une librairie de plus d'une centaine de composés. L'évaluation biologique de ces analogues sur FTases isolées humaine et de T. brucei et sur parasites T. brucei et P. falciparum a révélé des molécules particulièrement intéressantes et prometteuses.

Une approche intégrée physicochimie et relations structure-activité a été mise en œuvre afin d'étudier le phénomène rétention-libération des composés d'arôme dans un gel laitier allégé additionné de pectine. Notre objectif était d'identifier les propriétés moléculaires qui régissent ce phénomène en supposant que la modification de la structure entraîne forcement un changement dans la rétention-libération des composés d'arôme. Dans ce but, nous avons déterminé les coefficients de partage de 28 composés d'arôme dans l'eau, dans des gels de pectine et dans des gels laitiers avec ou sans de pectine, à l'équilibre en utilisant la méthode PRV (Phase Ratio Variation). Nous avons ensuite effectué une étude des relations structure-rétention en évaluant les corrélations entre les coefficients de partage et quatre descripteurs traduisant quatre propriétés moléculaires : l'hydrophobie globale, la surface moléculaire, la polarisabilité et la densité de charge négative. Notre démarche d'étude des relations structure-activité (Structure-Activity Relationships, SAR) consistait à étudier des composés d'arôme appartenant à une gamme de structures variée, dans un même ensemble, puis en sous-groupes en fonction d'une particularité structurale donnée afin de révéler les particularités de la structure qui influent sur le phénomène rétention-libération. La comparaison des rétentions entre les milieux n'a pas montré l'existence d'un effet pectine. Les études des relations structure-activité ont montré l'impact de certaines particularités structurales telles que la ramification et la double liaison sur la rétention. Elles ont également montré que l'hydrophobie globale des molécules n'était pas la propriété moléculaire la plus à même d'expliquer les phénomènes impliqués dans les interactions de molécules odorantes avec les constituants du milieu (eau ou gel laitier). La surface et la polarisabilité rendent mieux compte des rétentions des composés d'arôme. Les corrélations impliquant la surface, la polarisabilité et l'hydrophobie globale, confirment que les interactions de type van der Waals (essentiellement Keesom et London) sont favorables à la rétention dans les gels laitiers et défavorables à la rétention dans l'eau. De même, les corrélations impliquant la densité de charge montrent que les interactions polaires sont favorables à la rétention dans l'eau. Notre choix de départ, qui consistait à faire varier la structure des composés d'arôme afin d'apprécier son effet sur le phénomène rétention-libération des composés d'arôme, s'est avéré concluant, et le groupe de 28 composés permet effectivement de mener une étude quantitative des relations structure-propriété. Cette démarche QSAR pourra se transposer à des systèmes alimentaires simples ou complexes.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2020-2021 / En biologie cellulaire, la microscopie optique est couramment utilisée pour visualiser et caractériser la présence et la morphologie des structures biologiques. Suite à l’acquisition, un expert devra effectuer l’annotation des structures pour quantification. Cette tâche est ardue, requiert de nombreuses heures de travail, parfois répétitif, qui peut résulter en erreurs d’annotations causées par la fatigue d’étiquetage. L’apprentissage machine promet l’automatisation de tâches complexes à partir d’un grand lot de données exemples annotés. Mon projet de maîtrise propose d’utiliser des techniques faiblement supervisées, où les annotations requises pour l’entraînement sont réduites et/ou moins précises, pour la segmentation de structures neuronales. J’ai d’abord testé l’utilisation de polygones délimitant la structure d’intérêt pour la tâche complexe de segmentation de la protéine neuronale F-actine dans des images de microscopie à super-résolution. La complexité de la tâche est supportée par la morphologie hétérogène des neurones, le nombre élevé d’instances à segmenter dans une image et la présence de nombreux distracteurs. Malgré ces difficultés, l’utilisation d’annotations faibles a permis de quantifier un changement novateur de la conformation de la protéine F-actine en fonction de l’activité neuronale. J’ai simplifié davantage la tâche d’annotation en requérant seulement des étiquettes binaires renseignant sur la présence des structures dans l’image réduisant d’un facteur 30 le temps d’annotation. De cette façon, l’algorithme est entraîné à prédire le contenu d’une image et extrait ensuite les caractéristiques sémantiques importantes pour la reconnaissance de la structure d’intérêt à l’aide de mécanismes d’attention. La précision de segmentation obtenue sur les images de F-actine est supérieure à celle des annotations polygonales et équivalente à celle des annotations précises d’un expert. Cette nouvelle approche devrait faciliter la quantification des changements dynamiques qui se produisent sous le microscope dans des cellules vivantes et réduire les erreurs causées par l’inattention ou le biais de sélection des régions d’intérêt dans les images de microscopie. / In cell biology, optical microscopy is commonly used to visualize and characterize the presenceand morphology of biological structures. Following the acquisition, an expert will have toannotate the structures for quantification. This is a difficult task, requiring many hours ofwork, sometimes repetitive, which can result in annotation errors caused by labelling fatigue.Machine learning promises to automate complex tasks from a large set of annotated sampledata. My master’s project consists of using weakly supervised techniques, where the anno-tations required for training are reduced and/or less precise, for the segmentation of neuralstructures.I first tested the use of polygons delimiting the structure of interest for the complex taskof segmentation of the neuronal protein F-actin in super-resolution microscopy images. Thecomplexity of the task is supported by the heterogeneous morphology of neurons, the highnumber of instances to segment in an image and the presence of many distractors. Despitethese difficulties, the use of weak annotations has made it possible to quantify an innovativechange in the conformation of the F-actin protein as a function of neuronal activity. I furthersimplified the annotation task by requiring only binary labels that indicate the presence ofstructures in the image, reducing annotation time by a factor of 30. In this way, the algorithmis trained to predict the content of an image and then extract the semantic characteristicsimportant for recognizing the structure of interest using attention mechanisms. The segmen-tation accuracy obtained on F-actin images is higher than that of polygonal annotations andequivalent to that of an expert’s precise annotations. This new approach should facilitate thequantification of dynamic changes that occur under the microscope in living cells and reduceerrors caused by inattention or bias in the selection of regions of interest in microscopy images.