Cette thèse de doctorat traite de la conception et de l’évaluation de sondes magnétogènes et fluorogènes pour la détection in vivo d’activités enzymatiques.Des molécules capables d’acquérir un moment magnétique à partir d’un état diamagnétique et en réponse à l’action d’une enzyme seraient d’un grand intérêt pour l’imagerie moléculaire par résonance magnétique. Deux exemples de telles sondes magnétogéniques avaient été mis au point précédemment, l’un pouvant opérer en conditions physiologiques, l’autre nécessitant une acidification du milieu pour devenir paramagnétique. En préparant de nouveaux analogues du premier exemple, j’ai pu trouver une molécule dont la fragmentation a lieu trois fois plus rapidement que la molécule originale. J’ai ensuite travaillé à la conception de sondes dérivées du deuxième exemple et répondant à des activités enzymatiques ; de telles molécules permettraient de réaliser la quantification in vitro d’une activité enzymatique à des fins diagnostiques. À ce titre, j’ai participé à l’élaboration de deux preuves de concept de dispositifs dédiés à la mesure du temps de relaxation longitudinale de micro-volumes. J’ai enfin entamé le développement de nouveaux complexes s’inspirant du second exemple mais capables de fonctionner dans le milieu biologique.Le deuxième volet de mes travaux porte sur la réalisation de sondes fluorogènes précipitantes pour des activités glycosidases. Une sonde pour la leucine aminopeptidase profitant des propriétés exceptionnelles de stabilité, de luminescence et de solubilité du fluorophore ELF®-97 avaient démontré une grande efficacité pour marquer rapidement des cellules HeLa. J’ai mis au point une nouvelle architecture de sondes qui permet le ciblage de glycosidases via l’utilisation d’un tandem d’espaceurs cyclisants. Deux sondes ont été préparées, l’une pour la beta-galactosidase, l’autre pour la cellulase. La première a prouvé son bon fonctionnement pour marquer les cellules exprimant l’enzyme en bénéficiant d’une grande sensibilité. La seconde a pu être utilisée pour quantifier l’activité cellulase sécrétée par des levures, avec l’objectif d’obtenir un moyen économiquement intéressant de produire du bioéthanol à partir des déchets végétaux. / This PhD thesis deals with the design and evaluation of magnetogenic and fluorogenic probes for the in vivo detection of enzyme activities.Molecules capable of switching from a diamagnetic to a paramagnetic state in response to an enzyme stimulus would be of great interest for molecular magnetic resonance imaging. Two examples of such magnetogenic probes had been designed in a previous work : one can operate in physiological conditions, whereas the other needs an acidification of the water medium to become paramagnetic. I prepared new analogues of the first probe ; one molecule displayed fragmentation three times faster than the original compound. Then I designed and synthesized probes derived from the second example and responsive to enzyme activities ; such molecules are suitable for the in vitro quantification of enzyme biomarkers for diagnosis purposes. I participated to the conception of two proofs of concept of devices dedicated to the measurement of longitudinal relaxation times in micro-volumes. Finally, I started the development of a new family of molecules inspired by the second example but able to work at the physiological pH.I also worked on precipitating fluorogenic probes for the detection of glycosidase activities. A former probe for leucine aminopeptidase, based on the exceptional characteristics of the fluorophore ELF-97 in terms of solubility, luminescence and stability, had demonstrated great efficiency to label live HeLa cells. I designed a new architecture of probes responding to glycosidases via an original tandem of selfimmolative spacers. Two probes have been prepared, one targets beta-galactosidase and the second detects cellulase. The first probe performed a fast and sensitive labelling of beta-galactosidase-expressing cells. The second molecule was employed successfully to quantify the cellulase activity secreted by yeasts, which will be useful for the high-throughput screening of yeasts capable of producing bioethanol from vegetal waste.

Un photosensibilisateur est un composé chimique capable de générer, sous l'effet d'une irradiation lumineuse, des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et donc d'induire directement ou indirectement l'altération d'autres composés. La rétention sélective de ces molécules, dites photo-activables, par les tissus en prolifération leur confère des applications en thérapie anti-tumorale (Photo-Chimio-Thérapie, PDT). La plupart des photosensibilisateurs sur le marché sont des dérivés structuraux de porphyrines et sont généralement fluorescents. Cette propriété est utilisée pour déterminer leur localisation, tant au niveau systémique que cellulaire. Certains composés sont ainsi utilisés pour le diagnostic par fluorescence de certain cancers (FD). Au niveau intracellulaire, un certain nombre de ces photosensibilisateurs se localisent dans les membranes des vésicules d'endocytose. Ils peuvent ainsi induire, sous irradiation lumineuse, la libération dans le cytosol du contenu de ces vésicules, y compris des molécules exogènes incorporées dans la cellules par endocytose et dont la cible intracellulaire est cytosolique ou nucléique (ADN, protéines, nombreux médicaments...). Ces phénomènes sont à la base d'une approche permettant l'activation de macromolécules, l'Internalisation Photo-Assistée (PCI). Cette méthode potentialise considérablement l'activité biologique d'un très large spectre de molécules d'intérêt.Tant la sélectivité de ces photosensibilisateurs pour les tissus en prolifération que leur localisation intracellulaire sont à mettre en relation avec les propriétés physico-chimiques et biologiques du micro-environnement. Leur interaction avec les lipoprotéines de basse densité (LDL) peut favoriser leur entrée dans les cellules du fait de la surexpression par les cellules néoplasiques des récepteurs aux LDL. Cependant, pour certaines molécules photo-activables, un passage transmembranaire par diffusion passive a été mis en évidence. L'incorporation cellulaire est alors facilitée par l'acidification du pH stromatique. Nous nous sommes donc attaché à déterminer l'importance de tels paramètres. Notre objectif a été de définir des caractéristiques structurales déterminant le comportement cellulaire des photosensibilisateurs.Dans un premier temps, afin d'élucider les mécanismes impliqués, les interactions de photosensibilisateurs avec des LDL et des liposomes (SUV, utilisés comme modèles simples de membranes) ont été étudiées à l'équilibre et de façon dynamique. Trois photosensibilisateurs ont été utilisés : la deuteroporphyrin (DP), une porphyrine dicarboxylique et la phtalocyanine d'aluminium disulfonnée (AlPcS2). Ces études ont été menées en nous attachant tout particulièrement aux effets liés au pH. Il faut noter ici que seuls les composés carboxyliques sont susceptibles de subir une neutralisation, ne serait-ce que partielle, de leurs chaînes latérales dans une gamme de pH correspondant à des valeurs physiologiques. Les données obtenues sur ces systèmes simples nous ont ensuite permis de comprendre la localisation sub-cellulaire des photosensibilisateurs sur une lignée humaine de fibroblastes. Enfin, bien que les LDL soient des vecteurs importants des photosensibilisateurs et facilitent leur entrée dans les cellules, la localisation sub-cellulaire semble être directement liée à la dynamique du transfert des photosensibilisateurs par des membranes. En conclusion, les paramètres physico-chimiques déterminés en solutions sont des outils efficaces pour concevoir des photosensibilisateurs, prédire leur capacité d'incorporation cellulaire ainsi que leur localisation sub-cellulaire.