Les GTPases de la sous famille RHOA participent à la régulation de nombreuses voies de signalisation qui contrôlent la dynamique du cytosquelette cellulaire et une grande diversité de fonctions telles que la prolifération, la division, la migration et la polarité cellulaires. Ce sont de véritables interrupteurs moléculaires qui, en réponse à un stimulus, changent de conformation tridimensionnelle pour activer leurs protéines effectrices cibles. Elles existent donc sous deux formes, une forme inactive liant le GDP et une forme active, liant le GTP. La proportion de forme active est extrêmement régulée au niveau spatial et temporel dans une cellule et représente moins de 10% de sa totalité. Depuis près de 20 ans, le seul outil disponible pour étudier leur activation est constitué par le domaine de liaison d'un effecteur, le RBD. Peu stable, faiblement soluble et peu adaptable, de nouveaux outils sont nécessaires afin de mieux comprendre la fine régulation de ces protéines. Les anticorps à simple domaine, VHH ou nanobodies, sont caractérisés par leur stabilité, solubilité, haut rendement de production et versatilité de fonctionnalisation. A partir d'une nouvelle banque d'anticorps à simple domaine optimisée pour la production d'intracorps, nous avons isolés différents clones capables de reconnaître in vitro et de bloquer in cellulo la forme active de ces protéines. L'un de ces clones permettra le développement d'un nouvel outil de mesure de l'activité de ces protéines in vitro tandis qu'un autre, in cellulo, permettra de mieux comprendre la régulation spatiale et temporelle des protéines endogènes. / RHOA small GTPase belongs to a subfamily acting as a molecular switch activating major signaling pathways that regulate cytoskeletal dynamics and a variety of cellular responses such as cell cycle progression, cytokinesis, migration and polarity. RHOA activity resides in a few percent of GTP loaded protein, which is finely tuned by a crosstalk between regulators of the GTPase cycle. Manipulating a single RHO at the expression level often induces imbalance in the activity of other RHO GTPases, suggesting that more specific tools targeting these active pools are needed to decipher RHOA functions in time and space. We decided to use single domain antibodies, also known as VHH or nanobodies, as a new tool for studying RHOA activation. We produced and screened a novel fully synthetic phage display library of humanized nanobodies (NaLi-H1) to develop conformational sensors of the GTP loaded active conformation of RHO subfamily. We obtained several high affinity nanobodies against RHOA's active form which we characterized as RHO active antibodies in vitro and RHO signaling blocking intrabodies in cellulo. These new tools will facilitate and improve our current knowledge of this peculiar protein subfamily and will be a paradigm for the study of other RHO related small GTPases.

Les anticorps thérapeutiques sont des molécules de choix pour le traitement standard de nombreuses formes de cancers. Leur application est à ce jour restreinte au compartiment extracellulaire à cause de leur taille trop importante qui les empêche de traverser la membrane cellulaire. Comme la plupart des cibles thérapeutiques du cancer semblent être situées dans le milieu intracellulaire, ce serait un plus de pouvoir exploiter les propriétés des anticorps dans les cellules pour étudier et perturber l’activité de ces cibles. Néanmoins, l’utilisation des anticorps dans le milieu intracellulaire constitue un véritable challenge, notamment à cause de la membrane cellulaire et de l’environnement réducteur du cytoplasme. L’ensemble des travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont permis d’établir les bases de plusieurs stratégies innovantes d’immunociblage intracellulaire et de mettre en lumière l’importance des différentes étapes de validation d’anticorps ou de fragments dérivés utilisés comme anticorps intracellulaires. La vectorisation d’anticorps complets par électroporation, le développement d’un intracorps bispécifique original anti-PCNA et la mise au point d’une méthode de mutagenèse inspirée de l’hypermutation somatique constituent les principales avancées apportées par ce travail dans le domaine de la recherche technologique en immuno biotechnologie. / Therapeutic antibodies are interesting molecules used to treat numerous pathologies such as cancer. Because of their size, their application is currently limited to the extracellular space. Indeed, antibodies cannot cross the cell membrane. Almost all therapeutic targets in cancer seem to be located inside cells, it would be beneficial to take advantage of antibodies in cells in order to neutralize the activity of these targets. The use of antibodies inside the cells is a real challenge, because of the cell membrane and the reducing environment of the cytoplasm. Several strategies of intracellular immunotargeting are presented in this thesis.