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La rhéologie et la photonique de divers systèmes biologiques complexes allant des protéines jusqu'aux bactéries et cellules ont été étudiées dans cette thèse. Ces travaux se basent sur deux grands thèmes, où le premier traite la modification des surfaces solides avec des molécules biologiques tandis que le second se concentre sur l'étude des effets des différentes drogues sur des cellules malignes, et non malignes par des techniques microscopiques complémentaires. Dans ce travail, des matrices orientées de films de polyélectrolytes/membrane pourpre ont été produites et étudiées en fonction de différentes conditions physico-chimiques. Des peptides spécifiques présentant de propriétés de reconnaissance de surface pour le ZnSe et le Si ont été isolées par la technologie de Phage Display. Le peptide de Si a été utilisé dans la détection des molécules avec une microcavité de silicium poreux, et ceci a montré un meilleur seuil de détection comparé à celui des autres méthodes classiques de fonctionnalisation. Le peptide spécifique de ZnSe a été utilisé afin de démontrer son utilité pour la préservation de l'activité et structure secondaire native des biomolécules adsorbées. Concernant les cellules, une différence de réponse, entre deux types de cellules épithéliales mammaires malignes MCF-7 et non-malignes HMEC184A1, sous traitement avec la curcumine, a été démontrée sur les cellules vivantes et fixées. Après, une évaluation des forces d'interaction entre un agent clinique anticancéreux cetuximab (CET) et EGFR (Epidermal Growth Factor Receptor) sur la surface des cellules de carcinome épithéliales A431 a été réalisé via la microscopie à force atomique en mode force. Une différence sur l'élasticité des cellules et sur les forces de liaison EGFR-CET a été notée quand le CET a été combiné avec d'autres drogues thérapeutiques. Les résultats de nos études d'imagerie fonctionnelle pourraient ouvrir de nouvelles voies dans la recherche de traitements contre le cancer. / The rheology and photonics of various complex biological systems ranging from proteins to bacteria and cells have been studied in this thesis. The work is organized around two major themes where the first one deals with surface modifications for adsorption of biological molecules while the second one focuses on comparative studies of non-malignant and cancerous cells under the effect of various drugs, using complementary microscopic techniques. In this work, oriented polyelectrolyte/purple membrane matrices have been produced and studied under different physico-chemical conditions. Peptides with surface recognition properties for the ZnSe and Si semiconductors have been isolated by Phage Display technology. The Si specific peptide has been used in detection of molecules with a porous silicon microcavity, providing a considerably enhanced detection resolution compared to traditional functionalization methods. The specific peptide of ZnSe has been used to demonstrate its utility in preservation of activity and native secondary structure of biomolecules in their adsorbed form. In the second part of my work concerning the cells, a different response (in morphology and elasticity) under treatment with curcumin, for two types of malignant MCF-7 and non-malignant HMEC184A1 mammary epithelial cells was demonstrated on living and fixed cells. Then, an evaluation of binding interactions between a clinical anticancer agent Cetuximab (CET) and the Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) on the surface of epithelial carcinoma A431 cells was performed via force mode atomic force microscopy. A difference was noted on the elasticity of cells and also on the EGFR-CET binding forces when CET was combined with other therapeutic drugs. The results of our functional imaging studies might open new avenues in the research for treatments against cancer.

4-1BB (CD137) est un membre de la superfamille TNFR qui est impliqué dans la transmission des signaux de survie aux lymphocytes. TRAF1 est une protéine adaptatrice qui est recrutée par 4-1BB et autres TNFRs et est caractérisée par une expression très restreinte aux lymphocytes, cellules dendritiques et certaines cellules épithéliales. TRAF1 est nécessaire pour l’expansion et la survie des cellules T mémoire en présence d'agonistes anti-4-1BB in vivo. De plus, TRAF1 est requise en aval de 4-1BB pour activer (phosphoryler) la MAP kinase Erk impliquée dans la régulation de la molécule pro-apoptotique Bim. Suite à l’activation du récepteur 4-1BB, TRAF1 et ERK sont impliqués dans la phosphorylation de Bim et la modulation de son expression. L’activation et la régulation de TRAF1 et Bim ont un rôle important dans la survie des cellules T CD8 mémoires. Dans cette étude, nous avons utilisé une approche protéomique afin de pouvoir identifier de nouveaux partenaires de liaison de TRAF1. Utilisant cette stratégie, nous avons identifié que LSP1 (Leukocyte Specific Protein 1) est recruté dans le complexe de signalisation 4-1BB de manière TRAF1 dépendante. Une caractérisation plus poussée de l’interaction entre TRAF1 et LSP1 a montré que LSP1 lie la région unique N-terminal de TRAF1 de façon indépendante de la région conservée C-terminal. À l’instar des cellules T déficientes en TRAF1, les cellules T déficientes en LSP1 ne sont pas capables d’activer ERK en aval de 4-1BB et par conséquent ne peuvent pas réguler Bim. Ainsi, TRAF1 et LSP1 coopèrent en aval de 4-1BB dans le but d’activer ERK et réguler en aval les niveaux de Bim dans les cellules T CD8. Selon la littérature, le récepteur 4-1BB n’est pas exprimé à la surface des cellules B murines, mais le récepteur 4-1BB favorise la prolifération et la survie des cellules B humaines. Cependant, il est important d'étudier l'expression du récepteur 4-1BB dans les cellules B murines afin de disposer d'un modèle murin et de prédire la réponse clinique à la manipulation de 4-1BB. En utilisant différentes stimulations de cellules B murines primaires, nous avons identifié que le récepteur 4-1BB est exprimé à la surface des cellules B de souris suite à une stimulation avec le LPS (Lipopolysaccharides). Une caractérisation plus poussée a montré que le récepteur 4-1BB est induit dans les cellules B murines d'une manière dépendante de TLR4 (Toll Like Receptor 4). Collectivement, notre travail a démontré que la stimulation avec le LPS induit l’expression du récepteur 4-1BB à la surface des cellules B murines, menant ainsi à l'induction de TRAF1. De plus, TRAF1 et LSP1 coopèrent en aval de 4-1BB pour activer la signalisation de la Map kinase ERK dans les cellules B murines de manière similaire aux cellules T. Les cellules B déficientes en TRAF1 et les cellules B déficientes en LSP1 ne sont pas en mesure d'activer la voie ERK en aval de 4-1BB et montrent un niveau d’expression du récepteur significativement diminué comparé aux cellules B d’une souris WT. Ainsi, TRAF1 et LSP1 sont nécessaires pour une expression maximale du récepteur 4-1BB à la surface cellulaire de cellules B murines et coopèrent en aval de 4-1BB afin d'activer la cascade ERK dans les cellules B murines. / 4-1BB (CD137) is a member of the TNFR superfamily, which is involved in the transmission of survival signals in lymphocytes. TRAF1 is an adapter protein that is recruited by 4-1BB and other TNFRs and is characterized by a very restricted expression in lymphocytes, dendritic cells and some epithelial cells. TRAF1 is necessary for the expansion and survival of memory T cells in the presence of anti-4-1BB agonist in vivo. Also, TRAF1 is required downstream of 4-1BB to activate (phosphorylate) the MAP kinase ERK involved in the regulation of the proapoptotic molecule Bim. Upon activation of 4-1BB, TRAF1 and ERK are involved in the phosphorylation of Bim and modulation of its expression. The activation and regulation of TRAF1 and Bim have an important role in the survival of CD8 memory T cells. In this study, we used a proteomic approach in order to identify new TRAF1 binding partners. Using this strategy, we have identified that LSP1 (Leukocyte Specific Protein 1) is recruited to the 4-1BB signaling complex in a TRAF1-dependent manner. It has been shown that LSP1 is a target protein for signaling ERK / MAP kinase. Further characterization of the interaction between TRAF1 and LSP1 has shown that LSP1 binds the N-terminal unique region independently of the conserved C-terminal of TRAF1. Like the T cells deficient in TRAF1, T cells deficient in LSP1 are not capable of activating ERK downstream of 4-1BB and therefore cannot regulate Bim levels in T cells. Thus, TRAF1 and LSP1 cooperate downstream of 4-1BB in order to activate ERK and regulate Bim levels in murine CD8 T cells. According to the literature, the 4-1BB receptor is not expressed on the surface of murine CD19+ B cells, but 4-1BB activation promotes the proliferation and survival of human CD19+B cells. However, it is important to study the expression of 4-1BB receptor in murine B cells to have a murine model and predict the clinical response to the manipulation of 4-1BB. Using different stimulation of primary murine CD19+B cells, we have found that the 4-1BB receptor is expressed on the surface of murine B cells in response to LPS (lipopolysaccharide) stimulation. Further characterization showed that the 4-1BB was induced in murine CD19+B cells in a TLR4-dependent manner (Toll like Receptor 4). Collectively, our work has shown that the stimulation with LPS induces the expression of 4-1BB on the surface of murine B cells leading to the induction of TRAF1. Also, TRAF1 and LSP1 cooperate downstream of 4-1BB to activate the signaling of the Map kinase ERK in murine B cells similarly to T cells. Similarly, as for the T cells, TRAF1-/- B cells or LSP1-/- B cells are not able to activate the ERK pathway downstream of 4-1BB. In addition, the B cells deficient in either TRAF1 or LSP1 show a level of expression of the 4-1BB receptor significantly decreased compared to B cells from a WT mouse. Thus, TRAF1 and LSP1 are required for maximal expression of the 4-1BB receptor on the cell surface of murine B cells and cooperate downstream of 4-1BB to activate the ERK cascade in the murine B cells.