Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. [101]-118. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. [84]-92. Publié aussi en version électronique.

Thèse (Ph. D.) -- Université Laval, 1997. / Les légendes des ill. sont sur les p. en regard paginées. Comprend du texte en anglais. La thèse sur microfiches comprend un titre anglais: Chemo-anatomic distribution of calbindin D-28K and of limbic. Bibliogr.: f. [159]-199. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.) -- Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. 104-125. Publié aussi en version électronique.

Les anticorps monoclonaux (mAb) sont depuis les années 2000 devenus des médicaments incontournables et de routine en thérapie et notamment en cancérologie. Le domaine continue à croître très rapidement et devant l’abondance des molécules disponibles, il est de plus en plus important d’apporter des molécules innovantes à haute valeur ajoutée pour la thérapie. Deux grandes approches sont utilisées pour sélectionner ces mAbs : l’hybridation lymphocytaire à partir de souris normales ou humanisées ; Les systèmes de display comme le phage-display. Les intérêts majeurs du phage display sont la rapidité de développement des mAbs, la facilité de manipulation chez E. coli, l’accès aux techniques de "protein engineering". Classiquement, les anticorps sont d’abord sélectionnés sur leur capacité de liaison à l’antigène puis ensuite testés pour leur efficacité fonctionnelle dans des modèles cellulaires. Cependant, seulement une partie de l'activité des anticorps est expliquée par leur liaison à l’antigène et l’activité thérapeutique dépend aussi fortement de leur capacité à recruter le système immunitaire (ADCC) et à activer la cascade du complément (CDC).Ce projet de thèse consiste à développer un nouveau format de banque d'anticorps recombinants combinant la puissance de la sélection par phage display à un criblage fonctionnel au format IgG entières produites en cellules eucaryotes. Ce nouveau système est basé sur des régions initiatrices hybrides contenant à la fois des promoteurs et des séquences signal procaryotes et eucaryotes permettant l’expression dans ces deux systèmes cellulaires, et des évènements de recombinaisons sites-spécifiques transférant le fragment Fab du vecteur de display vers le chromosome d’une lignée cellulaire de mammifère spécialement développée pour aboutir à la sécrétion d’un anticorps humain monoclonal par la cellule. L’approche habituelle de reclonage un par un du vecteur E. Coli au format IgG n’est plus nécessaire puisqu’il se fait directement par transfection. Ce nouveau système rend possible le couplage d’une sélection par phage display à un criblage fonctionnel direct sur une large population de clones monoclonaux humains. / Since 2000, monoclonal antibodies (mAb) have become essential and routine drugs in therapy and particularly in oncology. The field continues to grow very quickly and given the abundance of molecules available, it is increasingly important to bring innovative molecules with a high added value for therapy.Two main approaches are used to select these mAbs: hybridoma technology using normal or humanized mice; display systems such as phage-display. The major interests of phage display are the speed of mAb development, the facilities offered by E. coli and the easy access to protein engineering techniques. Typically, antibodies are first selected on their ability to bind to the antigen, and then tested for their functional efficiency in cellular models. However, only a part of the activity of antibodies is explained by their binding to the antigen, and the therapeutic activity also depends strongly on their ability to recruit the immune system (ADCC) and activate the complement cascade (CDC).This thesis project consists in the development of a new recombinant antibody library format combining the power of phage display selection with functional screening in a whole IgG format produced in eukaryotic cells. This new system is based on hybrid promoter and signal peptide regions allowing expression both in prokaryotic and eukaryotic cells, and a site-specific recombination event that exchanges the Fab between the display vector and the chromosome of an especially developed mammalian cell line resulting in the secretion of a monoclonal human antibody by the cell. The usual approach of recloning one by one from E.Coli vector to an IgG format is no more needed since it is done directly by transfection. This new system makes possible to couple selection by phage display with a direct functional screening of a large population of human monoclonal clones.

Les anticorps monoclonaux anti-tumoraux sont produits en cellules eucaryotes. Pour des raisons de temps et de cout, peu de candidats sont sélectionnés après des tests in vitro pour être produits à large échelle et testés in vivo. Pour tester plus d’anticorps plus rapidement, nous souhaitons produire des fragments variables simple chaine (scFv) chez E. coli. et les coupler à un fragment constant Fc par chimie click pour reconstituer des mimes d’immunoglobulines naturelles. Cette production indépendante des fragments est aussi un outil modulaire permettant de combiner rapidement un grand nombre scFv et de Fc différents.La chimie click est basée sur une réaction spécifique et de haut rendement entre un azide et un cyclooctyne. Les fragments ont donc été fonctionnalisés sur des résidus spécifiques (tags) par des composés chimiques pour introduire ces fonctions à leur extrémité. La première étape a consisté à introduire des tags en C-terminal du scFv anti-HER2 4D5 et en N-terminal du Fc d’IgG1 humaine. Les scFv ont été produits en cytoplasme d’E. coli à hauteur d’au moins 100 mg/L puis oxydés in vitro au sulfate de cuivre. Le fragment Fc a été produit classiquement en cellules humaines. Cinq réactions chimiques ou enzymatiques ont été optimisées et comparées en termes de spécificité et de rendement. La conjugaison d’une amine sur un tag glutamine catalysée par la transglutaminase microbienne a donné les meilleurs résultats. Le scFv a ainsi été dérivé par l’azadibenzocyclooctyne et le Fc par l’azide à hauteur de 60-70%. Lorsqu’ils sont mélangés, ces fragments forment un (scFv)2-Fc et un scFv-Fc avec des rendements globals respectifs de 10-20% et 20-30% après optimisation.Les mélanges scFv + Fc après réaction de chimie click se fixent de la même façon que le (scFv)2-Fc eucaryote au récepteur HER2. Il reste désormais à montrer que leur capacité à inhiber la prolifération d’une lignée exprimant ce récepteur est similaire. L’objectif final est d’obtenir une inhibition de croissance tumorale similaire sur des xénogreffes. / Anti-tumoral monoclonal antibodies are currently produced in eukaryotic cells. For cost and time reasons, a limited number of potential candidates are selected after in vitro tests. They are produced at large scale and then tested in vivo. To test more antibodies and more rapidly, we chose to produce single chain variable fragments (scFv) in bacteria, and to couple them to the eukaryotic constant fragment (Fc) thanks to click chemistry to reconstitute immunoglobulin-like compounds. For a given cost, this enables to produce and test in vivo a larger number of clones. This independent production of fragments is also a flexible tool allowing the combination of different Fc isotypes/allotypes with different scFvs.Click chemistry is based on a specific and high-yield reaction between and azide and a cyclooctyne. Therefore, antibody fragments were functionalised on specific residues (tags) by chemical linker so that each part will contain one of these chemical moieties at their extremity. The first step consisted in introducing tags into the anti-HER2 scFv 4D5 C-terminus and human IgG1 Fc N-termini sequences. The scFvs were produced with yields higher than 100 mg/L in the E. coli cytoplasm and in vitro oxidized with copper sulfate. The Fc fragment was classically produced in human cells. Five chemical or enzymatical reactions were optimised and compared in terms of specificity and yield. The coupling between an amine and a glutamine tag catalysed by microbial transglutaminase gave the best results. The scFv fragment was thus functionalised with an azadibenzocyclooctyne and the Fc fragment with an azide at 60-70%. When mixed together, these fragments formed a (scFv)2-Fc and a scFv-Fc with global yields respectively of 10-20% and 20-30% after optimisation.After the click reaction, the scFv + Fc mix binds to the HER2 receptor on the same way as the eukaryotic (scFv)2-Fc in terms of HER2-binding and proliferation inhibition capacity. Now, it must be demonstrated that their proliferation inhibition of a HER2-positive cell line is similar. The final aim is to get a similar tumour growth inhibition on murine xenografts.

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Les bactéries entéropathogènes du genre Salmonella et Shigella sont transmises par les aliments ou l’eau et sont responsables de nombreuses infections entériques chez les animaux et les humains. Ces maladies infectieuses restent une cause importante de morbidité et de mortalité dans les pays en voie de développement. L’existence de multiples sérotypes de Salmonella et de Shigella ainsi que l’émergence de souches résistantes aux antibiotiques, nécessite le développement de vaccins efficaces et large spectre. Ces bactéries utilisent un système d’injection de leurs protéines effectrices, appelé injectisome ou encore Système de Sécrétion de Type III (SST3), nécessaire à leur pathogénicité. Alors que les protéines effectrices injectées au moyen de cet injectisome sont variées et dépendent essentiellement du type cellulaire cible et donc de la spécificité du pathogène, certaines des protéines structurales composant l’injectisome sont relativement bien conservées parmi les différentes bactéries pathogènes, notamment les protéines de l’aiguille : PrgI et MxiH, et celles de la coiffe de l’aiguille : SipD et IpaD, respectivement de Salmonella et Shigella. Ces protéines, fortement impliquées dans la virulence des bactéries, semblent donc être des cibles de choix pour lutter contre des infections opportunistes impliquant ces bactéries pathogènes.Le premier objectif de cette thèse était d’évaluer l’immunogénicité et l’effet protecteur des protéines structurales de l’injectisome citées précédemment contre les infections à Salmonella et Shigella. Les protéines recombinantes préparées et produites au laboratoire ont été utilisées de façon séparée ou en combinaison pour immuniser des souris par différentes routes. Ensuite, les réponses immunitaires des souris ainsi immunisées ont été analysées par des tests immunométriques. Enfin, le potentiel immunogène et vaccinant de ces protéines structurales a été évalué en infectant les souris immunisées avec 100 DL50 de Salmonella par voie orale ou de Shigella par voie intranasale. Le meilleur résultat a été obtenu en utilisant la voie intra-gastrique pour les immunisations avec environ 70% de protection. Cette stratégie a permis également d’évaluer la pertinence de cette approche vaccinale dans un modèle murin de protection croisée (entre 25 et 60%). Le deuxième objectif de cette thèse était d’évaluer le pouvoir protecteur d’anticorps monoclonaux murins reconnaissant les régions conservées des protéines SipD et IpaD. Les anticorps obtenus ont été caractérisés et leur pouvoir neutralisant a été évalué in vivo dans un modèle murin d’infection avec Salmonella ou Shigella (jusqu’à 60% de protection).L’ensemble de ces travaux montre que l’utilisation de certaines protéines structurales conservées de l’injectisome de bactéries entéropathogènes présente un intérêt vaccinal et immunothérapeutique pour aider au traitement de certaines salmonelloses et shigelloses. / Salmonella and Shigella species are food and water borne pathogens that are responsible for enteric infections in both humans and animals. These infectious diseases are still the major cause of morbidity and mortality in the emerging countries. The existence of multiple Salmonella and Shigella serotypes as well as the emergence of antibio- resistant strains, require the development of protective and broad-spectrum vaccines. All these bacteria utilize a system for injection of their effectors, called injectisome or Type III Secretion System (T3SS), necessary for their pathogenicity. While effector proteins are varied and depend essentially on the cellular target and thus on the specificity of the pathogen, the structural proteins that form the injectisome are common to all virulent Salmonella and Shigella spp., particularly the needle proteins PrgI and MxiH and the needle-tip proteins SipD and IpaD of Salmonella and Shigella respectively. These proteins, strongly involved in the virulence of the bacteria, appear to be ideal candidate antigens for a subunit-based, broad spectrum vaccine.The first aim of my PhD was to evaluate the immunogenicity and protective efficacy of structural proteins of the above-mentioned injectisome against Salmonella and Shigella infections. The recombinant proteins were prepared and produced in the laboratory and were used alone or in combination to immunize mice using different routes. The immune responses of immunized mice were then analyzed by immunometric assays. Finally, the protective efficacy was evaluated in a mouse model of intestinal (Salmonella) or pulmonary (Shigella) challenge. The best result was obtained by orogastric immunization with 70% of protection. This strategy also allowed to estimate the relevance of this approach in a mouse model of crossed protection (from 25 to 60%). The second objective of my PhD was to evaluate the protective efficacy of murine monoclonal antibodies recognizing conserved regions of SipD and IpaD proteins. The obtained antibodies were characterized and their therapeutic effect was evaluated in vivo with a Salmonella and Shigella infection murine model (up to 60% of protection).To conclude, this work showed that some conserved structural proteins composing the injectisome of enteropathogenic bacteria is of interest for treatment of enteric diseases caused by Salmonella and Shigella.

La galectine-9 (gal-9) est une lectine multifonctionnelle se liant à des glycoprotéines ou des glycolipides possédant des liaisons β-galactosides. Elle est impliquée dans plusieurs pathologies telles que le carcinome nasopharyngé associé au virus d’Epstein-Barr ou les infections chroniques par les virus des hépatites B et C.La gal-9 possède une activité immunosuppressive prédominante liée notamment à une stimulation de l’expansion et de l’activation des lymphocytes T (LTs) régulateurs. Ses effets sur les LTs conventionnels sont plus complexes : elle induit un phénomène d’apoptose précoce dans une fraction des LTs conventionnels mais aussi une activation et une prolifération dans une autre fraction incluant des LTs CD4+ Th1. D’où la nécessité d’explorer les événements de signalisation déclenchés par la gal-9 exogène dans les LTs humains.Notre recherche a été centrée sur des LTs CD4+ humains provenant de lignées leucémiques ou de PBMCs. Nos résultats montrent que le complexe TCR-CD3 et la kinase Lck sont requis pour la mobilisation de Ca2+ et la production de cytokines dont l’expression est induite en aval par la gal-9 (IL-2 et IFN-γ). A l’inverse, l’apoptose déclenchée par la gal-9 n’est pas réduite lorsque les cellules sont invalidées pour l’un de ces composants. Ces données indiquent que la gal-9 agit sur les LTs par deux voies de signalisation distinctes: l’une mimant l’activation classique du TCR avec une contribution majeure des éléments proximaux du complexe TCR, notamment Lck, et l’autre qui aboutit à l’apoptose des cellules et qui est indépendante de ce complexe.Parallèlement à ce volet fondamental de notre recherche, nous avons caractérisé de nouveaux anticorps monoclonaux (AcM) dirigés contre la gal-9. Ceux-ci neutralisent certains effets de la gal-9 sur les LTs humains tels que l’apoptose. Nous avons défini certaines propriétés immunochimiques de nos AcM en vue de leur utilisation potentielle en thérapeutique. Nous pensons que ces travaux pourraient ouvrir la voie à de nouvelles approches dans le champ actuellement en pleine expansion des thérapeutiques qui visent à une restauration de la réponse immunitaire anti-tumorale. / Galectin-9 (gal-9) is a multifunctional lectin binding some glycoproteins and glycolipids containing β-galactoside-bounds. It is involved in several pathologies such as Epstein-Barr virus-associated nasopharyngeal carcinoma or chronic infections by the hepatitis B and C viruses.Gal-9 has predominant immunosuppressive functions notably supported by its capacity to stimulate the expansion and activation of regulatory T cells. Its effects on conventional T cells are more complex: it induces apoptosis in a fraction of them, but it also activates and stimulates proliferation of another fraction including CD4+ Th1 cells. Hence the need to explore the signaling events triggered by exogenous gal-9 in human T cells.Our study was mainly focused on human CD4+ T cells from leukemic cell lines and PBMCs. We found that the TCR-CD3 complex and the Lck kinase were required for Ca2+ mobilization and subsequent cytokines production (IL-2 and IFN-γ) induced by gal-9 in T cells. By contrast, gal-9-triggered apoptosis was not reduced by the knocking-out of these TCR components. These data demonstrate that gal-9 acts on T cells by at least two distinct pathways: one mimicking the classical activation of the TCR with a mandatory contribution of proximal elements of the TCR complex, especially Lck, and another resulting in apoptosis which is independent of this complex.In parallel to this basic research, we characterized new monoclonal antibodies (mAb) targeting gal-9. We demonstrated that our mAb can neutralize the apoptosis and other gal-9 effects in human T cells and we defined some of their immunochemical properties in view of their potential therapeutic use. We believe that this work could pave the way for new approaches in the rapidly expanding field of therapeutics aiming at a restoration of the anti-tumor immune response.

La formation d'agrégats d'anticorps monoclonaux en solution est difficile à empêcher. Même si la présence de gros agrégats est assez rare, leur existence peut avoir des effets dramatiques dans les systèmes d'injection, en menant à des situations de colmatage partiel ou total de la restriction dans ce dernier. Cela entraîne une injection mal contrôlée ou même une obstruction totale du système d'injection. Très peu est connu sur le rôle de la taille des agrégats et de la pression appliquée sur de tels évènements de colmatage. Dans cette thèse, nous présentons un système microfluidique modèle, imitant les systèmes médicaux d'injection afin de comprendre fondamentalement le colmatage de restrictions d'une taille donnée. Des solutions très concentrées en anticorps monoclonaux nous permettent de créer des agrégats de protéines (plus grands que 50 micromètres) en utilisant un stress mécanique ou thermique. Nous montrerons que le colmatage a lieu quand les agrégats atteignent la taille de la restriction et peut dans certains cas être défait en augmentant la pression appliquée. La possibilité observée d'éjecter des agrégats de la restriction via une augmentation en pression indique le rôle important de la déformabilité des agrégats de protéines, à ce jour complètement inexplorée. Nous réalisons des expériences systématiques pour différentes tailles relatives d'agrégats et de pressions appliquées, et nous mesurons le débit en sortie. Malgré leurs formes et densités différentes, nous pouvons prédire le nombre d'évènements de colmatage pour une taille donnée de restriction par des mesures utilisant le Flow Imaging Microscopy (MFI). De plus, notre système peut détecter l'occurrence de très gros agrégats (très rares) souvent non détectés par d'autres techniques. Avec un modèle mécanique simple, nous pouvons estimer pour la première fois un ordre de grandeur du module d'Young et un diamètre effectif de pores pour des agrégats d'anticorps monoclonaux. Nous avons également développé une autre expérience modèle dans un canal hyperbolique couplé avec un flow focusing afin d'observer la déformation d'agrégats sous écoulement élongationnel. Nous décrirons leur comportement en analysant leurs trajectoires qui sont pour la plupart d'entre eux du tumble et de l'alignement avec l'écoulement. De plus, nous développerons un modèle mécanique qui tient compte de la force de friction dans une expérience modèle contrôlée avec une solution polymérique de PEGDA. Nous étudierons ainsi le rôle d'une différence de pression minimale à appliquer pour remettre la particule en mouvement dans la restriction, et ainsi relier cela aux agrégats de protéines. / The formation of aggregates in solutions of monoclonal antibodies is difficult to prevent. Even if the occurrence of large aggregates is rather rare, their existence can have dramatic effects in injection devices, as they can lead to partial or total clogging of constrictions in the latter. This leads to badly controlled injection or even total obstruction of the device. Little is know on the role of aggregate size and applied pressure on such clogging events. In this thesis, we present a microfluidic model system, mimicking medical injection devices to gain fundamental understanding of the clogging of constrictions of given size. Highly concentrated solutions of monoclonal antibodies allow us to create protein aggregates (bigger than 50 micrometers) using mechanical or heat stress. We show that clogging occurs when aggregates reach the size of the constriction and can in some cases be undone by increasing the applied pressure. The observed possibility to eject aggregates from constrictions via an increase in pressure indicates the important role of protein aggregate deformability, so far completely unexplored. We perform systematic experiments for different relative aggregate size and the applied pressure, and measure the flow-rate. Despite their different shapes and density, we can predict the number of clogging events for a given constriction size by Flow Imaging Microscopy (MFI) measurements. In addition our device can detect the occurrence of very rare big aggregates often overlooked by other detection techniques. With a simple mechanical model where we neglected the friction, we could estimate for the first time an order of magnitude for the Young modulus and a porous diameter for monoclonal antibodies aggregates. We also develop another model experiment with an hyperbolic channel coupled with a flow focusing to observe deformation of the aggregates under extensional flow. We describe their behavior by analyzing their trajectories which are for most of them tumbling and alignment with the flow. Moreover, we develop a mechanical model which took into account the friction force in a controlled model experiment with polymeric solution. We thus investigate the role of a minimal applied pressure to generate the particle movement into the constriction, and then link it with protein aggregates.