L'acétate nuit à la croissance de la bactérie E. coli. Malgré les recherches qui tentent d'en d'écrire les raisons, il nous est impossible actuellement de fournir le schéma explicatif complet de ce phénomène. Cette thèse propose de déterminer l'importance des différents mécanismes possibles de l'inhibition de la croissance par l'acétate. Pour cela, nous avons construit une collection de mutants des voies métaboliques de l'acétate que nous avons systématiquement caractérisés avec/sans l'ajout de 128 mM d'acétate au cours de la phase exponentielle de croissance. La voie Pta AckA semble contribuer à 20% à l'inhibition par l'acétate, probablement par l'action de l'acétyle-phosphate sur l'expression des gènes ou la régulation de l'activité enzymatique. Nous montrons que le mécanisme généralement invoqué, l'effet d ́ecouplant de l'acétate, ne joue pas de rôle dans l'inhibition. L'effet majeur est dû à un déséquilibre des anions de la cellule. Nous présentons également deux projets de biologie synthétique : l'un visant à quantifier le mercure dans un échantillon d'eau; et l'autre contrôlant le nombre de cellules vivantes par la lumière au sein d'une population bactérienne. / Acetate inhibits the growth of Escherichia coli on glucose. Despite many studies that have attempted to elucidate the underlying mechanisms, we are currently unable to provide a comprehensive explanation of this phenomenon. Here, we construct a series of isogenic mutants that inactivate specific parts of the metabolic pathways of acetate. By systematically measuring growth rate, as well as the fluxes of carbon metabolites entering and leaving the cell, we are able to propose an explanation for the growth inhibition by acetate. The Pta-AckA pathway contributes about 20% of the growth inhibition by acetate, probably through the action of acetyl-phosphate on gene expression or the regulation of enzyme activities. We also show that acetate does not function as a classical uncoupling agent. This mechanism was commonly assumed to account for the largest part of acetate inhibition. Our data support a model where the imbalance of cellular anions, caused by the massive influx of acetate into the cell, is the major determinant of growth inhibition by acetate. We also present two synthetic biology projects from the iGEM competition: one to quantify mercury in a water sample and the other controlling the number of living cells by light in a bacterial population.

Les radars à synthèse d'ouverture (Synthetic Aperture Radar ou SAR) permettent de fournir des images à très haute résolution de la surface de la Terre. Les algorithmes de classification traditionnels se basent sur une hypothèse de bruit gaussien comme modèle de signal, qui est rapidement mise en défaut lorsque l'environnement devient inhomogène ou impulsionnel, comme c'est particulièrement le cas dans les images SAR polarimétriques haute résolution, notamment au niveau des zones urbaines. L'utilisation d'un modèle de bruit composé, appelé modèle SIRV, permet de mieux prendre en compte ces phénomènes et de représenter la réalité de manière plus adéquate. Cette thèse s'emploie alors à étudier l'application et l'impact de ce modèle pour la classification des images SAR polarimétriques afin d'améliorer l'interprétation des classifications au sens de la polarimétrie et à proposer des outils adaptés à ce nouveau modèle. En effet, il apparaît rapidement que les techniques classiques utilisent en réalité beaucoup plus l'information relative à la puissance de chaque pixel plutôt qu'à la polarimétrie pour la classification. Par ailleurs, les techniques de classification traditionnelles font régulièrement appel à la moyenne de matrices de covariance, calculée comme une moyenne arithmétique. Cependant, étant donnée la nature riemannienne de l'espace des matrices de covariance, cette définition n'est pas applicable et il est nécessaire d'employer une définition plus adaptée à cette structure riemannienne. Nous mettons en évidence l'intérêt d'utiliser un modèle de bruit non gaussien sur des données réelles et nous proposons plusieurs approches pour tirer parti de l'information polarimétrique qu'il apporte. L'apport de la géométrie de l'information pour le calcul de la moyenne est de même étudié, sur des données simulées mais également sur des données réelles acquises par l'ONERA. Enfin, une étude préliminaire d'une extension de ces travaux au cas de l'imagerie hyperspectrale est proposée, de par la proximité de ce type de données avec les données SAR polarimétriques.

L'objectif de cette thèse est l'étude du bruit propre d'origine hydrodynamique au niveau de l'antenne d'étrave d'un sous-marin pour des fréquences comprises entre 10 Hz et quelques kHz. Dans cette optique, trois problématiques particulières doivent être étudiées : la modélisation du comportement vibro-acoustique des structures en fluide lourd, l'intégration de l'excitation couche limite turbulente (CLT) dans les modèles numériques déterministes et la mesure de la réponse d'une structure sous écoulement turbulent. Le premier chapitre est consacré à la synthèse bibliographique des différentes méthodes existantes pour étudier de tels problèmes. Dans un second chapitre, nous présentons la méthode PTF (Patch Transfer Functions), qui est une approche par sous-structuration de domaines permettant l'étude des problèmes vibro-acoustiques en basses et moyennes fréquences. Cette méthode n'ayant été appliquée qu'en fluide léger, l'un des enjeux de ce chapitre est d'étudier son applicabilité en fluide lourd et de mettre en lumière d'éventuels points de blocage. Nous montrons ainsi que des problèmes de convergence de la méthode apparaissent en fluide lourd. Pour pallier ces difficultés, nous présentons, dans le troisième chapitre, deux stratégies de calcul permettant d'accélérer la convergence globale de la méthode. Le quatrième chapitre propose une application de la méthode PTF pour caractériser la réponse vibro-acoustique en fluide lourd d'une structure soumise à une CLT et couplée à un milieu fluide extérieur et à une cavité acoustique, encombrée par des structures déformables. Pour traiter ce problème, nous complétons, tout d'abord, le modèle PTF par l'introduction de l'excitation CLT dans les modèles déterministes, à partir d'une décomposition de l'interspectre des fluctuations de pression pariétale sur une base d'ondes planes décorrélées. Nous présentons, ensuite, le calcul de l'impédance de rayonnement par pavé pour des surfaces de couplage de géométrie quelconque, ainsi qu'un modèle d'encombrement permettant, à partir de considérations physiques, de tenir compte simplement de la complexité structurale de structures encombrant une cavité acoustique. Cette application nous permet de montrer que l'influence de l'encombrement des cavités sur la réponse vibro-acoustique du système ne peut pas être négligée, lorsque l'on s'intéresse à l'étude du bruit hydrodynamique au niveau d'une antenne d'étrave de sous-marin. Dans le cinquième chapitre, nous développons une technique expérimentale permettant de caractériser le comportement des structures sous écoulement turbulent. Cette technique est basée sur la décomposition en ondes planes décorrélées présentée au chapitre 4 et nécessite la génération de champs de pression pariétale correspondant à ceux que l'on obtiendrait à partir d'ondes propagatives et évanescentes pour tenir compte des caractéristiques spectrales de la CLT. Pour cela, nous utilisons une antenne de monopôles acoustiques, dont nous déterminons numériquement les principaux paramètres (taille, nombre de monopôles et distance antenne paroi). Le nombre de monopôles augmentant avec la fréquence, la mise en oeuvre de cette méthode peut s'avérer délicate. Pour contourner cette difficulté, nous présentons le principe de l'antenne synthétique, dont la validation expérimentale est étudiée dans le dernier chapitre.

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L'acétate nuit à la croissance de la bactérie E. coli. Malgré les recherches qui tentent d'en d'écrire les raisons, il nous est impossible actuellement de fournir le schéma explicatif complet de ce phénomène. Cette thèse propose de déterminer l'importance des différents mécanismes possibles de l'inhibition de la croissance par l'acétate. Pour cela, nous avons construit une collection de mutants des voies métaboliques de l'acétate que nous avons systématiquement caractérisés avec/sans l'ajout de 128 mM d'acétate au cours de la phase exponentielle de croissance. La voie Pta AckA semble contribuer à 20% à l'inhibition par l'acétate, probablement par l'action de l'acétyle-phosphate sur l'expression des gènes ou la régulation de l'activité enzymatique. Nous montrons que le mécanisme généralement invoqué, l'effet d ́ecouplant de l'acétate, ne joue pas de rôle dans l'inhibition. L'effet majeur est dû à un déséquilibre des anions de la cellule. Nous présentons également deux projets de biologie synthétique : l'un visant à quantifier le mercure dans un échantillon d'eau; et l'autre contrôlant le nombre de cellules vivantes par la lumière au sein d'une population bactérienne. / Acetate inhibits the growth of Escherichia coli on glucose. Despite many studies that have attempted to elucidate the underlying mechanisms, we are currently unable to provide a comprehensive explanation of this phenomenon. Here, we construct a series of isogenic mutants that inactivate specific parts of the metabolic pathways of acetate. By systematically measuring growth rate, as well as the fluxes of carbon metabolites entering and leaving the cell, we are able to propose an explanation for the growth inhibition by acetate. The Pta-AckA pathway contributes about 20% of the growth inhibition by acetate, probably through the action of acetyl-phosphate on gene expression or the regulation of enzyme activities. We also show that acetate does not function as a classical uncoupling agent. This mechanism was commonly assumed to account for the largest part of acetate inhibition. Our data support a model where the imbalance of cellular anions, caused by the massive influx of acetate into the cell, is the major determinant of growth inhibition by acetate. We also present two synthetic biology projects from the iGEM competition: one to quantify mercury in a water sample and the other controlling the number of living cells by light in a bacterial population.

La polyprotéine Gag du VIH-1 qui contient quatre principaux domaines (Matrix (MA), capside (CA), nucléocapside (NC), et P6) est l’orchestrateur privilégié de l'assemblage du virus HIV-1, assemblage qui a lieu pendant la phase tardive de la réplication. Il est bien connu que Gag interagit avec les lipides de la membrane plasmique de la cellule hôte et s’auto-assemble sur le feuillet interne de cette dernière afin de générer de nouvelles particules virales. Le bourgeonnement de ces particules virales hors de la cellule hôte est décrit comme étant dépendant de la machinerie cellulaire ESCRT. Différentes études structurales, fonctionnelles ainsi que des simulations de dynamique gros grain ont montré que la liaison de Gag à la membrane est médiée par une interaction duale. Une spécifique de nature éléctrostatique, qui associe une région hautement basique (HBR) du domaine MA de Gag au lipide acide,phosphatidyl inositol biphosphate (PI(4,5)P2) du feuillet interne de la membrane plasmique. Une de type hydrophobe, qui consiste en l’insertion du myristate de Gag dans la membrane plasmique. Savoir si Gag reconnait spécifiquement des domaines lipidiques pré-existants de type « rafts » ou si, au contraire, Gag tri ses lipides et les réorganise latéralement afin d’optimiser sa multimérisation et son bourgeonnement est une question à la fois fondamentale et d’actualité en virologie.Durant ma thèse, j’ai vérifié l’existence de la seconde hypothèse en utilisant des membranes modèles contenant du PI (4,5) P2 marqué de façon fluorescente et différent mutants et produits de la protéine Gag non-myristoylée. Ces expériences ont montré de fortes affinités de ces protéines pour les membranes contenant du PI (4,5) P2. S’appuyant sur les propriétés d’auto-extinction de fluorescence du marqueur choisit et à l’aide des différents variants de la protéine Gag, j'ai pu montré que la multimérisation de Gag génère l’existence de nanodomaines contenant du PI (4, 5) P2 et du cholestérol, la sphingomyéline étant au contraire exclue de ces domaines. En marquant la protéine Gag par un autre fluorophore, j’ai pu montrer par microscopie optique sur des vésicules lipidiques géantes (GUVs) que la protéine Gag partitionnait préférablement dans des microdomaines lipidiques de type liquide désordonnés (Ld). Par la suite, j’ai testé la capacité de la protéine Gag d’induire la formation de vésicules sur des membranes modèles (Bicouches supportés et GUVs) contenant du PI(4,5) P2 et de la phosphatidyl sérine (PS). En utilisant une microbalance à cristal de quartz (QCM-D) et des techniques de microscopie de fluorescence, j’ai suivi l'auto-assemblage de Gag dans le temps et ai montré que la protéine Gag était suffisante pour générer une courbure de la membrane et libérer des vésicules lipidiques. Grâce à différents produits de maturation de cette protéine, j’ai montré que la présence des domaines MA et CA est suffisante pour produire ces vésicules.L’ensemble de ces résultats suggèrent que la liaison et la multimérisation de la protéine Gag ne se produit pas dans des domaines lipidiques préexistants de type « raft », mais, au contraire, que la liaison et multimérisation de la protéine Gag génère l’existence de domaines lipidiques enrichis en PI (4,5) P2 et en cholestérol. La générescence de ces domaines lipidiques pourrait participer à la courbure de la membrane plasmique nécessaire au bourgeonnement du virus. / Gag polyprotein of HIV-1 is made of four main domains Matrix (MA), Capsid (CA), Nucleocapsid (NC), and P6 and is the prime orchestrator of virus assembly that occurs during the late phase of replication. It is well known that Gag interacts with host cell lipids and self-assemble along the inner-leaflet of the plasma membrane in order to generate virus like particles (VLPs). Budding of these VLPs out of the living cell is described to be ESCRT dependent. Structural, functional and simulation based studies has shown that Gag membrane binding is mediated by a bipartite interaction. One specific electrostatic interaction, between the highly basic region (HBR) of its MA domain and the host cell acidic lipid phosphatidyl inositol bisphophate (PI(4,5)P2), plus a hydrophobic interaction through Gag’s myristate insertion in the plasma membrane. It is still an opened question whether Gag would specifically recognize pre-existing lipid domains such as rafts to optimize its multimerization or, on the contrary, would reorganize lipids during its multimerization. During my Ph.D. I explored the second hypothesis using purified myr(-) Gag protein and model membranes containing fluorescently labelled PI(4,5)P2.Bonding experiments have shown strong affinities of these purified proteins towards PI(4,5)P2 containing lipid bilayers. Using PI(4,5)P2 fluorescence self-quenching properties, I found that multimerization Gag generates PI(4,5)P2/Cholesterol enriched nanoclusters. On the opposite, sphingomyelin was excluded from these nanoclusters. In addition to this, using a fluorescently labelled myr(-) Gag, I have observed its preferable partitioning into lipid disordered (Ld) phases of giant unilamellar vesicles (GUVs). Further, possibility of whether HIV-1 Gag alone, as a minimal system, can induce the formation of vesicles on PI(4,5)P2/PS containing supported lipid bilayers (SLBs) & GUVs was tested. Using quartz crystal microbalance (QCM-D) and fluorescence microscopy techniques, I monitored the self-assembly of HIV-1 Gag with time and found that Gag was sufficient to generate membrane curvature and vesicle release. Moreover, using mutants of this protein, I found that having MA and CA domain is enough for Gag to produce vesicle like structures. Taken together, these results suggest that binding and multimerization of Gag protein does not occur in pre-existing lipid domains (such as “rafts”) but this multimerization is more likely to induce PI(4,5)P2/Cholesterol nanoclusters. This nanophase separation could locally play a role in the membrane curvature needed for the budding of the virus.

L’évolution de la technologie se traduit par l’émergence de systèmes de plus en plus complexes et automatisés. Dans les situations dynamiques, l’activité de l’opérateur est désormais plus centrée sur la supervision que sur l’exécution. Ces situations sont caractérisées par la complexité, l’incertitude, un contrôle partiel et un risque important de perdre la maîtrise de la situation. L’objectif principal des travaux présentés dans ce manuscrit est de créer un indicateur synthétique de charge mentale, qui servira à piloter une réallocation des fonctions en temps réel. Il s'agit, in fine, de permettre à l’opérateur de mieux réguler sa charge mentale, et de l'aider à garder ou à récupérer la maîtrise de la situation. Ces travaux sont appliqués à l’activité de supervision d’un essaim de drones étudiée sur une plateforme de simulation (la plateforme SUSIE). Nous avons pour cela revisité et combiné le modèle de Hart et Staveland (1988), qui considère la charge mentale comme une construction multidimensionnelle et celui de Sperandio (1971), qui se focalise sur les régulations de l’activité. Cela nous a amené à proposer un modèle dynamique et tridimensionnel (basé sur l’analyse des contraintes, des effets de la charge sur la tâche et l’opérateur, et des régulations), sur lequel nous nous sommes appuyés pour construire une démarche de création d’un indicateur synthétique de charge mentale. Cette démarche se décompose en quatre étapes. La première consiste à réaliser une analyse de la tâche en suivant la méthodologie de Sperandio (1988), afin de définir et d’identifier les descripteurs de la charge mentale suivant les trois catégories de notre modèle dynamique et tridimensionnel. La seconde étape s’appuie sur la réalisation d’une expérimentation, qui vise à valider ou exclure les indicateurs identifiés, en fonction de leur sensibilité aux variations de charge mentale (telle que définie par Cegarra et Chevalier (2008)). Les résultats montrent notamment que le diamètre pupillaire et l’observation des régulations permettent une mesure sensible. La troisième étape a pour objectif de créer un indicateur synthétique de charge mentale en fusionnant par réseaux bayésiens et logique floue les indicateurs retenus. Enfin, la dernière phase supporte la conception d’une allocation dynamique des fonctions, déclenchée à partir de l’indicateur synthétique de charge mentale. Une deuxième expérimentation a été menée afin d’évaluer l’apport de la réallocation. Elle montre que l’aide permet à l’opérateur de mieux réguler son activité ; elle modifie la charge de travail (contrainte), mais ne réduit pas la charge mentale. / The evolution of technology has resulted in the emergence of increasingly complex and automated systems. In dynamic situations, the activity of the operator is now more centred on supervision than on execution. These situations are characterized by complexity, uncertainty, partial control and a significant risk of losing control of the situation. The main objective of the work presented in this manuscript is to create a synthetic mental workload indicator, which will be used to trigger a reallocation of functions in real time. The ultimate goal is to enable the operator to better regulate his/her mental workload and to help him/her maintain or regain control of the situation. This work is applied to the supervision activity of a drone swarm studied on a simulation platform (the SUSIE platform). We have revisited and combined the model of Hart and Staveland (1988), which considers the mental workload as a multidimensional construct and that of Sperandio (1971), which focuses on the regulation of activity. This led us to propose a dynamic and three-dimensional model (based on the analysis of the constraints, the effects of the workload on the task and the operator, and the regulations), on which we relied to build a creative approach of a synthetic mental workload indicator. This process is divided into four stages. The first consists in carrying out an analysis of the task following the methodology of Sperandio (1988), to define and identify the descriptors of the mental workload according to the three categories of our dynamic and three-dimensional model. The second step is based on the realization of an experiment, which aims to validate or exclude the identified indicators, per their sensitivity to variations in mental workload (as defined by Cegarra et Chevalier (2008)). The results show in particular that the pupillary diameter and the observation of the regulations allow an appreciable measurement. The third step aims to create a synthetic indicator of mental load by merging the chosen indicators by using Bayesian networks and fuzzy logic. Finally, the last phase supports the design of a dynamic allocation of functions, triggered from the synthetic indicator of mental workload. A second experiment was carried out to evaluate the contribution of reallocation. It shows that the aid allows the operator to better regulate his activity; it modifies the task workload (constraint), but does not reduce the mental workload.

Depuis l'invention de la radiographie au début du vingtième siècle et des premiers radars lors la seconde guerre mondiale, le besoin de connaître notre environnement par différentes techniques d'imagerie n'a cessé de croître. Ce besoin a pris de multiples formes, allant de l'exploration d'une structure interne avec la prolifération des techniques d'imagerie non invasives à l'imagerie par satellite qui accompagna la conquête de l'espace. Nombre de systèmes d'imagerie ont donc été proposés pour arriver à créer les images les plus représentatives des milieux étudiés. Parmi eux la tomodensitométrie, ou scanner médical, a connu un succès remarquable depuis son invention. La raison de ce succès vient du fait que son principe de fonctionnement est fondé sur la transformée de Radon dont l'inversion permet de restituer une image fidèle de l'intérieur du milieu étudié.La transformée de Radon (TR) est une transformée géométrique intégrale, qui intègre une densité physique d'intérêt, le long d'une droite du plan. Il est donc naturel de penser qu'une généralisation de la TR, qui consiste à remplacer la droite, support d'intégration, par une courbe ou par une surface, peut amener à une nouvelle imagerie. Dans cette thèse, nous étudions deux types de transformées de Radon généralisées qui sont définies sur des lignes brisées en V du plan (appelées TRV) et des sphères centrées sur un plan fixe (appelées TRS) ainsi que leurs imageries correspondantes.Les transformées de Radon généralisées sur des lignes brisées (TRV) nous permettent de proposer trois nouvelles modalités tomographiques. La première, comme la tomodensitométrie, exploite le phénomène d'atténuation du rayonnement X lors de sa propagation dans un milieu mais utilise aussi le phénomène de réflexion du rayonnement sur une surface impénétrable. La deuxième exploite le phénomène de diffusion Compton du rayonnement émis par un objet. La troisième combine deux modalités d'imageries par transmission et par émission sous la forme d'une imagerie bimodale à partir du rayonnement ionisant diffusé. Cette étude permet non seulement de faire émerger de nouvelles imageries pouvant concurrencer celles existantes mais aussi d'établir de nouveaux algorithmes pour la correction de l'atténuation (un des facteurs physiques dégradant sérieusement la qualité d'image tomographique actuellement).La transformée de Radon sur des sphères centrées sur un plan fixe (TRS) est une généralisation connue de la transformée de Radon en trois dimensions. Elle a été proposée comme modèle mathématique de l'imagerie radar à synthèse d'ouverture (RSO). On montre par la construction d'algorithmes appropriés que l'inversion de cette TRS donne une solution efficace à la reconstruction d'images de l'environnement directement en 3D.La faisabilité théorique de ces nouvelles imageries modélisées par ces deux classes de transformées de Radon généralisées et la performance des algorithmes de reconstruction d'images basés sur les formules d'inversion de ces transformées ouvrent plusieurs perspectives : extension en 3D de l'imagerie bimodale par rayonnement ionisant diffusé, ou possibilité de détection de cibles mobiles en imagerie RSO par introduction d'autres généralisations de la TR. De plus, les méthodes développés dans cette thèse sont susceptibles d'application dans d'autres imageries : imagerie sismique modélisée par la transformée de Radon définie sur des paraboles, imagerie radar Doppler par la TR sur des hyperboles ou encore imagerie thermo-opto-acoustique modélisée par la TR sur des cercles centrés sur un cercle fixe. / Since the invention of radiography at the beginning of the 20th century and of the radar during the 2nd world war, the need of information on our environment is ever increasing. This goes from the exploration of internal structures using non-invasive numerous imaging techniques to satellite imaging which rapidly expands with space exploration. A huge number of imaging systems have been conceived to provide faithful images of the objects of interest. Computed Tomography (or the medical scanner) has experienced a tremendous success since it was invented. The reason for this success lies in the fact that its mathematical foundation is the Radon transform (RT), which has an inverse formula allowing the faithful reconstruction of the interior of an object.The Radon transform is a geometric integral transform which integrates a physical density of interest along a straight line in the plane. It is natural to expect that, when the line is replaced by a curve or a surface as an integration support, new imaging processes may emerge. In this thesis, we study two generalized Radon transforms which are defined on broken lines in the form of a letter V (called V-line RT or VRT) and on spheres centered on a fixed plane (called spherical RT or SRT), as well as their resulting imaging processes.The Radon transforms on V-lines (VRT) form the mathematical foundation of three tomographic modalities. The first modality exploits not only the attenuation of X-rays in traversed matter (as in Computed Tomography) but also the phenomenon of reflection on an impenetrable surface. The second modality makes use of Compton scattering for emission imaging. The third modality combines transmission and emission imaging modalities into a bimodal imaging system from scattered ionizing radiation. This study puts forward new imaging systems which compete with the existing ones and develops new algorithms for attenuation corrections (in emission imaging the attenuation is one of factors degrading seriously tomographic image quality up to now).The Radon transform on spheres centered on a fixed plane (SRT) is a generalization of the classical Radon transform in three dimensions. It has been proposed as a mathematical model for Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging. We show through the setting up of appropriate algorithms that the inversion of the SRT yields an efficient solution to the landscape reconstruction problem, directly in three dimensions.The theoretical feasibility of these new imaging systems based on generalized Radon transforms and the good performance of inversion algorithms based on inversion formulas open the way to several perspectives: 3D extension of bimodal imaging by scattered radiation or SAR target motion detection through the introduction of other generalized Radon transforms. Moreover the algorithmic methods developed here may serve in other imaging activities such as: seismics with the parabolic Radon transform, Doppler radar with the hyperbolic Radon transform, thermo-opto-acoustic imaging with the Radon transform on circles centered on a fixed circle.

Le SELEX est une technique d’évolution moléculaire dirigée qui permet, après plusieurs tours de sélection, d’enrichir une banque d’acides nucléiques en séquences capable de se lier de manière spécifique à une cible. Le séquençage est utilisé pour identifier ces séquences que l’on nomme « aptamères ». Depuis l’arrivée récente du séquençage à haut débit (HD), il est possible d’analyser des millions de séquences. L’objectif de la thèse était de développer des méthodes pour traiter et analyser les données de séquençage HD afin de faciliter l’identification des meilleurs aptamères d’un SELEX. Au cours de cette thèse, un test robotisé de liaison sur cellules adhérentes vivantes a été mis au point pour mesurer l’affinité d’aptamères issus de SELEX ciblant des cellules (cell-SELEX). Puis, l’évolution de l’abondance des séquences d’un cell-SELEX a été analysée par séquençage HD. Ceci nous a permis de concevoir une nouvelle approche phylogénétique baptisée FREDROGRAM. Cette approche évolutive a permis d’identifier des mutants avec une meilleure affinité au sein d’une famille d’aptamères issu de ce cell-SELEX. Enfin, le séquençage HD de deux SELEX dirigés contre des protéines a contribué à mieux comprendre l’impact des paramètres de sélection sur la population de séquences et à identifier de nouveaux aptamères, notamment en réduisant le nombre de tours de SELEX. En conclusion, ces travaux montrent l’utilité du séquençage HD pour l’identification des meilleurs aptamères et suggèrent de nouvelles pratiques pour la conduite des SELEX futurs. / SELEX is a directed molecular evolution technic which allows, after several rounds of selection, enriching a library from random nucleic acids to sequences able to bind specifically a target. Sequencing technics are then used to identify these sequences called « aptamers ». Since the arrival of High-Throughput Sequencing (HTS), it is now possible to analyse millions of sequences. The aim of the thesis was to develop methods for the treatment and the analysis of HTS data, in order to facilitate the identification of the best aptamers inside a SELEX. During this thesis, a semi-automatic binding test on adherent living cells has been developed to measure the affinity of aptamers identified in SELEX directed against specific cells (cell-SELEX). Then, the evolution of the sequence enrichment during a cell-SELEX has been analysed by HTS. This analysis gave us the possibility to design a new phylogenetic approch named FREDROGRAM. This evolutive approch allowed to identify variants of an aptamer’s family with a better affinity. Finally, HTS of two SELEX directed against proteins has contributed to a better understanding of the impact of selection parameters on the library and to identified new aptamers, notably by reducing the number of SELEX rounds. To conclude, this work shows the importance of HTS in the identification of the best aptamers and suggests new protocols to monitor the next SELEX in a different manner.

Les DIPG représentent les tumeurs cérébrales pédiatriques les plus sévères. Aucun progrès dans leur prise en charge n’a été accompli au cours des 50 dernières années et la radiothérapie ne demeure que transitoirement efficace. Récemment, une mutation somatique de l’histone H3 (K27M) spécifique des DIPG a été trouvée chez environ 95% des patients. Elle est aujourd’hui considérée comme l'événement oncogénique initiateur de ces tumeurs. Deux sous-groupes majeurs de patients présentant des programmes oncogéniques et une réponse à la radiothérapie distincts peuvent être définis en fonction du gène dans lequel l’altération survient, codant les variantes protéiques H3.1 ou H3.3. Nous avons réalisé deux cribles de létalité synthétique par ARN interférence ciblant le kinome humain afin d'identifier d’une part les gènes nécessaires à la survie des DIPG et d’autre part les gènes dont l’inhibition sensibilise ces tumeurs à la radiothérapie. Le double objectif de ce projet était de mieux comprendre la biologie sous-jacente à l’oncogenèse des DIPG et de découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques.Nous avons mis en évidence 41 gènes requis pour la survie des DIPG sans effet délétère majeur sur des cellules contrôles normales. Parmi eux, nous avons identifié VRK3 codant une serine thréonine kinase dont les fonctions restent peu décrites à ce jour et qui n'avait jamais été associée préalablement à l'oncogenèse de DIPG. Nous avons pu confirmer par la suite que son inhibition conduit à un arrêt total de la prolifération des cellules de DIPG associé à d’importants changements morphologiques, plus particulièrement dans les tumeurs mutées pour H3.3-K27M. VRK3 constitue par conséquent une nouvelle cible thérapeutique prometteuse dans cette pathologie à l’issue fatale pour la totalité des patients.En parallèle, un crible de survie similaire a été réalisé en conjonction avec l’irradiation des cellules. Très peu d’ARN interférents ont permis de sensibiliser les cellules H3.3-K27M à la radiothérapie contrairement aux cellules H3.1-K27M. Ce travail nous a permis de mettre en évidence une différence significative de radiosensibilité des modèles vitro de DMG en fonction du sous-groupe de tumeurs considéré, H3.1- ou H3.3-K27M muté, conformément à la survie des patients observée suite à la radiothérapie. Ces résultats inédits laissent entrevoir des perspectives d’amélioration du traitement de référence des patients atteints de DIPG actuellement identique quelle que soit leur génotype. / DIPG is one of the most severe paediatric brain tumours. No progress has been made in their management over the past 50 years and radiotherapy remains only transiently effective. Recently, a specific somatic mutation in the histone H3 (K27M) has been found in approximately 95% of DIPG patients and can be considered as the oncogenic driver of these tumours. Two major subgroup of patients with distinct oncogenic program and response to radiotherapy can be defined according to the gene in which the alteration occurs, encoding the H3.1 or H3.3 protein variants. We performed two synthetic lethality screens by RNA interference targeting the human kinome in order to identify the genes responsible for DIPG cell survival, as well as those sensitizing tumour cells to radiotherapy after inhibition. The dual purpose of this project was to better understand the biology underlying oncogenesis of DIPGs and to discover new therapeutic targets.We identified 41 genes required for DIPG cell survival with no major deleterious effect on normal control cells. Among them, we identified VRK3, a serine threonine kinase never involved in DIPG oncogenesis with functions remaining poorly described to date. We have shown that its inhibition leads to a complete arrest of DIPG cell proliferation and is additionally associated with important morphological changes, more particularly in H3.3-K27M mutated tumours. VRK3 is therefore a promising new therapeutic target for all patients in this fatal pathology.In parallel, a similar survival screen was performed in conjunction to cell radiation and very few interfering RNAs enhance H3.3-K27M cell radiosensitivity, in contrast to H3.1-K27M cells. These data highlighted a significant difference in radiosensitivity of the DMG in vitro models in H3.1- versus H3.3-K27M mutated tumours, in a concordant way with patient survival following radiotherapy. These unprecedented results suggest new opportunities for improving the current treatment of DIPG patients regardless of their genotype.