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Anne Peyroche est diplômée de l'Ecole Normale Sup de Cachan. Elle est spécialisée en biochimie et génie biologique. En 1999, elle devient chercheuse au CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives) et traite des questions telles que le trafic intracellulaire des protéines et les dommages de l'ADN. Quatorze ans plus tard, elle est promue directrice adjointe du laboratoire Génétique moléculaire et destin cellulaire. En mai 2014, Anne Peyroche est nommée conseillère en charge de la recherche au secrétariat d'Etat à l'enseignement supérieur et à la recherche puis devient directrice adjointe de cabinet en charge de la recherche en octobre 2015.