Développement de méthodes d'analyse d'images pour les études in vitro et in situ de la variabilité conformationnelle des complexes biomoléculaires par cryo-tomographie électronique : cas d'études de la structure et de la dynamique des nucléosomes

Cryogenic electron tomography (cryo-ET) allows visualizing biomolecular complexes in situ. 3D data of biomolecules produced using cryo-ET are noisy, suffer from spacial anisotropies, and are difficult to analyze individually. Biomolecules are flexible, and analyzing their conformational variability is necessary to understand their functional mechanisms. Standard cryo-ET data processing methods average multiple copies of individual biomolecules to obtain structures at higher resolutions and consider that biomolecular conformational variability is discrete rather than continuous using the classification. This thesis presents the first two cryo-ET data processing methods for analyzing biomolecular continuous conformational variability, HEMNMA-3D and TomoFlow. HEMNMA-3D analyzes experimental data with the motion directions simulated by Normal Mode Analysis and allows the discovery of a large range of biomolecular motions. TomoFlow extracts motions from the data using the computer vision technique of Optical Flow. I show the potential of these two methods on experimental cryo-ET data of nucleosome conformational variability in cells. The two methods show coherent results, shedding light on the conformational variability of nucleosomes in cells.La tomographie électronique cryogénique (cryo-TE) permet de visualiser des complexes biomoléculaires in situ. Les données 3D de biomolécules produites à l'aide de cryo-ET sont bruitées, souffrent d'anisotropies spatiales et sont difficiles à analyser individuellement. Les biomolécules sont flexibles et l'analyse de leur variabilité conformationnelle est nécessaire pour comprendre leurs mécanismes fonctionnels. Les méthodes standards de traitement de données de cryo-ET moyennent plusieurs copies de biomolécules individuelles pour obtenir des structures à des résolutions plus élevées et considèrent que la variabilité conformationnelle biomoléculaire est discrète plutôt que continue en utilisant la classification. Cette thèse présente les deux premières méthodes de traitement de données cryo-ET pour l'analyse de la variabilité conformationnelle continue biomoléculaire, HEMNMA-3D et TomoFlow. HEMNMA-3D analyse des données expérimentales avec les directions de mouvement simulées par l'Analyse de Modes Normaux et permet la découverte d'une large gamme de mouvements biomoléculaires. TomoFlow extrait des mouvements à partir des données en utilisant la technique de vision par ordinateur de Flux Optique. Je montre le potentiel de ces deux méthodes sur des données cryo-ET expérimentales de variabilité conformationnelle des nucléosomes dans les cellules. Les deux méthodes montrent des résultats cohérents, faisant la lumière sur la variabilité conformationnelle des nucléosomes dans les cellules