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Ribosomes are essential organelles of the cell responsible for the synthesis of proteins. Their well conserved structure made of RNA and proteins is organized into two subunits. In vitro reconstitution of E. coli ribosomes showed that their assembly is a coordinated process which involves many interactions between the components. More specifically, the early stages of the large subunit assembly depend strongly on the cooperative binding of five ribosomal proteins to the 23S RNA. The underlying molecular mechanisms however remain poorly understood.The aim of this study is to shine new light on these mechanisms at the single molecule level. It focuses on a 23S ribosomal RNA fragment composed of the helices H18, H19 and H20 in domain I which encompasses the binding sites of the ribosomal proteins uL24 and uL4. This RNA fragment has been prepared in a dumbbell configuration and force versus displacement measurements have been performed using a dual optical trap. From these measurements, a map summarizing the mechanical stability of the RNA fragment has been determined.The maps obtained in absence and in presence of the ribosomal proteins uL24 and/or uL4 have been compared consequently demonstrating mechanical stabilization of the RNA fragment induced by the binding of uL24 and/or uL4. Moreover, their binding is cooperative and when both are present, the mechanical stabilization of the RNA fragment is enhanced.These results are discussed to specify the role of the RNA fragment and proteins uL24 and uL4 in the large ribosomal subunit assembly., Le ribosome est un organite essentiel de la cellule qui assure la synthèse des protéines. C'est une structure très conservée, composée d'ARN et de protéines ribosomiques organisés en deux sous-unités. Les expériences de reconstitution in vitro du ribosome d'E. coli ont montré que l'assemblage est un processus coordonné impliquant de nombreuses interactions entre les différents constituants. En particulier, les premières étapes de l'assemblage de la grande sous-unité dépendent fortement de la fixation coopérative de cinq protéines ribosomiques à l'ARN 23S, mais les mécanismes moléculaires sous-jacents sont mal connus.Cette étude à l'échelle de la molécule unique vise à préciser ces mécanismes et porte sur un fragment constitué des hélices H18, H19 et H20 du domaine I de l'ARN ribosomique 23S contenant les sites de fixation des protéines uL24 et uL4. Ce fragment d'ARN a été préparé dans une configuration qui permet la mesure de force via un double piège optique. Les courbes de force obtenues ont permis de dresser une cartographie de la stabilité des structures du fragment d'ARN.Ces cartes ont été comparées en absence et en présence des protéines ribosomiques uL24 et/ou uL4, démontrant ainsi que le fragment d'ARN est stabilisé par la fixation des protéines uL24 et/ou uL4. Leur fixation est coopérative et la présence conjointe des deux protéines sur-stabilise les structures du fragment d'ARN.Ces résultats sont discutés dans la perspective de préciser le rôle du fragment d'ARN et des protéines ribosomiques uL24 et uL4 dans l'assemblage de la grande sous-unité du ribosome.

This thesis is focused on force measurements applied to single RNA alone or associated with a protein. One of the biggest challenges arising when studying RNA comes from its structure, essentially because the interactions taking place are not reduced to the Watson-Crick base pairs and tertiary interactions are frequent. Force measurements give complementary information compared to classical bulk measurements, because they enable to probe directly the complex interactions in RNA and give an access to thermodynamical parameters which are not accessible in another way. However, an adapted and optimized setup has to be designed before accessing the features of this kind of measurement. The first part of the thesis focused on the conception of a double optical tweezers. It is adapted to the study of RNA and achieves a resolution of one base pair. This has mainly been possible thanks to the implementation of new techniques in the apparatus. Next we used our setup to work on biological issues. We probed the interaction between the ribosomal protein L20 with its target RNA in the ribosome. We show that this protein which is very important during the first steps of the ribosome assembly, stabilizes strongly its target RNA. We found its binding site with a resolution of three bases. We started the mechanical characterisation of RNA prepared to observe the activity of DEAD box helicases.; La thèse présentée est centrée sur des mesures de force appliquées à des ARN seuls ou en interaction avec une protéine. L'un des plus grands défis posé par l'ARN provient de sa structure, notamment parce que les interactions de ses bases ne se limitent pas aux paires de type Watson-Crick et que les interactions tertiaires sont courantes. Les mesures de force donnent des informations complémentaires aux mesures classiques, car elles permettent de sonder directement les interactions complexes de l'ARN et fournissent des paramètres thermodynamiques inaccessibles autrement. L'étude de l'interaction protéine-ARN par mesure de force permet également d'accéder à des caractéristiques que les autres techniques ne peuvent pas offrir. Néanmoins avant d'atteindre les promesses de ce type de mesure, il faut concevoir un montage adapté et optimisé. Une première partie de la thèse a été dédiée à la conception d'une double pince optique permettant l'étude des ARN avec une résolution proche de la paire de base, en implantant notamment des améliorations techniques jusque là absentes de la littérature. La suite de la thèse s'est attachée à des études biologiques. Nous avons commencé par sonder l'interaction de la protéine ribosomique L20 avec son ARN cible dans le ribosome. Nous avons montré que cette protéine très importante dans les premiers stades de la formation du ribosome, stabilise fortement son ARN cible. Nous avons également déterminé son site de fixation à trois bases près. Nous avons ensuite débuté une étude sur des ARN synthétisés pour l'étude d'une hélicase à motif DEAD en caractérisant leurs réponses à une sollicitation mécanique.

This thesis is focused on force measurements applied to single RNA alone or associated with a protein. One of the biggest challenges arising when studying RNA comes from its structure, essentially because the interactions taking place are not reduced to the Watson-Crick base pairs and tertiary interactions are frequent. Force measurements give complementary information compared to classical bulk measurements, because they enable to probe directly the complex interactions in RNA and give an access to thermodynamical parameters which are not accessible in another way. However, an adapted and optimized setup has to be designed before accessing the features of this kind of measurement. The first part of the thesis focused on the conception of a double optical tweezers. It is adapted to the study of RNA and achieves a resolution of one base pair. This has mainly been possible thanks to the implementation of new techniques in the apparatus. Next we used our setup to work on biological issues. We probed the interaction between the ribosomal protein L20 with its target RNA in the ribosome. We show that this protein which is very important during the first steps of the ribosome assembly, stabilizes strongly its target RNA. We found its binding site with a resolution of three bases. We started the mechanical characterisation of RNA prepared to observe the activity of DEAD box helicases.; La thèse présentée est centrée sur des mesures de force appliquées à des ARN seuls ou en interaction avec une protéine. L'un des plus grands défis posé par l'ARN provient de sa structure, notamment parce que les interactions de ses bases ne se limitent pas aux paires de type Watson-Crick et que les interactions tertiaires sont courantes. Les mesures de force donnent des informations complémentaires aux mesures classiques, car elles permettent de sonder directement les interactions complexes de l'ARN et fournissent des paramètres thermodynamiques inaccessibles autrement. L'étude de l'interaction protéine-ARN par mesure de force permet également d'accéder à des caractéristiques que les autres techniques ne peuvent pas offrir. Néanmoins avant d'atteindre les promesses de ce type de mesure, il faut concevoir un montage adapté et optimisé. Une première partie de la thèse a été dédiée à la conception d'une double pince optique permettant l'étude des ARN avec une résolution proche de la paire de base, en implantant notamment des améliorations techniques jusque là absentes de la littérature. La suite de la thèse s'est attachée à des études biologiques. Nous avons commencé par sonder l'interaction de la protéine ribosomique L20 avec son ARN cible dans le ribosome. Nous avons montré que cette protéine très importante dans les premiers stades de la formation du ribosome, stabilise fortement son ARN cible. Nous avons également déterminé son site de fixation à trois bases près. Nous avons ensuite débuté une étude sur des ARN synthétisés pour l'étude d'une hélicase à motif DEAD en caractérisant leurs réponses à une sollicitation mécanique.