Modèles bio-informatiques pour les peptides non-ribosomiques et leurs synthétases

In the thesis of my "Habilitation à diriger des recherches", I'm presenting the pioneer work on computational biology for nonribosomal peptides (NRPs). Those researches began in 2006 in Lille and lead to the unique plate-form dedicated to computational biology analysis of NRPs called Norine, of which I am a founder member. Nonribosomal peptides are small molecules produced by micro-organisms, bacteria and fungi, to colonize their environment. Those peptides have the advantage of presenting a large range of structures. They can be linear, but also can contain cycles and/or branches, and consist of more than 500 different building blocks. This variety comes from their synthesis done by huge enzymatic complexes, called nonribosomal peptide synthetases (NRPSs). They select amino acids and other compounds, called monomers, and then link them by peptide and other bonds. So, nonribosomal peptides cover a large range of activities such as antibiotic, anti-tumor or immuno-suppressor. Some, as penicillin, are commonly used as drugs. In the first part, I present the synthetases by associating the peptides' characteristics to the enzymatic functions required to accomplish them. Then, I describe the main steps needed to design a tool that analyse the NRPS protein sequences by specifying the characteristics of the existing tools. Then, I present my own contribution to the investigation of the production of NRPs from genomic or protein sequences by participating to the design of bioinformatics protocols and to genome annotation. In the second part, I start by specifying the contributions of the Norine resource to the knowledge of the nonribosomal peptides diversity, supplemented by a study of the chemistry of those molecules. Next, I present the few databases and tools related to those peptides that are developed elsewhere. Then, I describe my own contribution to the Norine resource and suggest modernisation of the process to collect data and expansion of the query functionalities for structure search. I finish by suggesting new prospects: cheminformatics dedicated to nonribosomal peptides with the goal to predict one or several synthetases able to produce a peptide having a given activity.Je présente dans ce mémoire de HDR le travail pionnier de la bio-informatique pour les peptides non-ribosomiques (PNR). Ces recherches ont été initiées sur Lille en 2006 et ont abouti à l'unique plate-forme d'analyse bio-informatique des PNR appelée Norine, dont je suis un des membres fondateurs. Les peptides non-ribosomiques font partie des petites molécules produites par les micro-organismes, bactéries et fungi, pour coloniser leur milieu. Ces peptides particuliers ont l'avantage d'avoir une grande variété de structures. En effet, ils peuvent être linéaires, mais aussi contenir des cycles et/ou des branchements et sont composés de plus de 500 briques de base différentes. Cette variété provient de leur synthèse réalisée par de gros complexes enzymatiques, les synthétases peptidiques non-ribosomiques (PNRS). Ceux-ci sélectionnent les acides aminés et d'autres composés, appelés monomères, puis les assemblent en formant des liaisons peptidiques et d'autres liaisons. Ainsi, les peptides non-ribosomiques présentent une grande diversité d'activités telles que antibiotique, anti-cancéreux ou immuno-suppresseur. Certains, comme la pénicilline, sont des médicaments employés fréquemment. Dans une première partie, je propose un regard différent sur les synthétases en associant les particularités des peptides aux fonctions enzymatiques nécessaires à les réaliser. Puis, je décris les principales étapes nécessaires à la conception d'un outil d'analyse des séquences protéiques de PNRS en précisant les particularités des outils existants. Ensuite, je présente ma contribution à l'exploration du potentiel de synthèse de PNR à partir de séquences génomiques ou protéiques à travers ma participation à la mise au point d'un protocole d'analyses bio-informatiques et à l'annotation de plusieurs génomes. Dans une seconde partie, je commence par préciser les apports de la plate-forme Norine sur la compréhension de la diversité des peptides non-ribosomiques, complétés par une étude de la chimie de ces molécules. Ensuite, je présente les quelques bases de données et outils en relation avec ces peptides, qui sont développés par ailleurs. Puis, je présente la plate-forme Norine en exposant mes contributions et en proposant la modernisation du processus de collecte des données et l'évolution des fonctionnalités d'interrogation via les structures peptidiques. Je termine par la présentation d'une nouvelle perspective : la chémo-informatique dédiée aux peptides non-ribosomiques avec pour objectif la prédiction d'une ou plusieurs synthétases capables de produire un peptide ayant une activité cible