Dans cette thèse, nous avons construit et optimisé des méthodes de microscopie de fluorescence super-résolue stochastique, polarisée et quantitative qui nous permettent d'imager l'orientation moléculaire dans des environnements dynamiques et statiques a l’échelle de la molécule unique et avec une résolution nanoscopique. En utilisant un montage de microscopie super-résolue à lecture stochastique en combinaison avec une détection polarisée, nous avons pu reconstruire des images d'anisotropie de fluorescence avec une résolution spatiale de 40 nm. En particulier, nous avons pu imager l'ordre orientationnel d'assemblages biomoléculaires et cellulaires. Pour l'imagerie cellulaire, nous avons pu étudier la capacité d'étiquettes de marquer fluorophoresde reporter quantifier l'orientation moléculaire dans l'actine et les microtubules dans des cellules fixées. Nous avons également mis à profit la meilleure résolution et la détection polarisée pour étudier l'ordre moléculaire d’agrégats d’amyloïdes a l’échelle nanoscopique. Enfin, nous avons étudié l'interaction de la protéine de réparation RAD51 avec l'ADN par microscopie de fluorescence polarisée super-résolue pour quantifier l'ordre orientationnel de l'ADN et de la protéine RAD51 afin de comprendre la recombinaison homologue du mécanisme de réparation de l'ADN. / .In this thesis we built and optimized quantitative polarized stochastic super-resolution fluorescence microscopy techniques that enabled us to image molecular orientation behaviors in static and dynamic environments at single molecule level and with nano-scale resolution. Using a scheme of stochastic read-out super resolution microscopy in combination with polarized detection, we can reconstruct fluorescence anisotropy images at a spatial resolution of 40 nm. In particular, we have been able to use the techniques to quantify the molecular orientationalorder in cellular and bio-molecular assemblies. For cellular imaging, we could quantify the ability of fluorophore labels to report molecular orientation of actin and microtubules in fixed cells. Furthermore, we used the improvements of resolution and polarization detection to study molecular order of amyloid aggregates at a nanoscopic scale. Also, we studied repair protein RAD51` s interaction with DNA by using dual color polarized fluorescence microscopy, to quantify the orientational order of DNA and RAD51 to understand the homologous recombination of DNA repair mechanism.

La détection de petites molécules est d'un grand intérêt dans les domaines pharmaceutique, environnemental, alimentaire et de la biologie clinique. Les aptamères, sélectionnés par la méthode SELEX (pour Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment), sont des oligonucléotides qui se lient à une cible donnée avec une affinité et une spécificité importantes. L'objectif de ce travail est d'établir de nouvelles méthodologies analytiques basées sur l'utilisation des aptamères pour la détection de petites molécules. Dans un premier temps, une méthodologie par électrophorèse capillaire, dérivée du concept de déplacement du brin complémentaire de l'aptamère, est décrite pour la détection simultanée de plusieurs analytes dans un seul capillaire. La deuxième étude se focalise sur le développement d'un aptacapteur colorimétrique simple, rapide et peu coûteux, qui utilise le concept général de protection enzymatique de l'aptamère et les nanoparticules d'or en tant que système de transduction. Enfin, deux méthodes par polarisation de fluorescence, basées sur le concept de déplacement (du brin complémentaire ou de l'aptamère lui-même), sont présentées afin d'accroitre les potentialités des aptacapteurs dédiés à la détection des petites molécules.

La détection de petites molécules est d'un grand intérêt dans les domaines pharmaceutique, environnemental, alimentaire et de la biologie clinique. Les aptamères, sélectionnés par la méthode SELEX (pour Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment), sont des oligonucléotides qui se lient à une cible donnée avec une affinité et une spécificité importantes. L'objectif de ce travail est d'établir de nouvelles méthodologies analytiques basées sur l'utilisation des aptamères pour la détection de petites molécules. Dans un premier temps, une méthodologie par électrophorèse capillaire, dérivée du concept de déplacement du brin complémentaire de l'aptamère, est décrite pour la détection simultanée de plusieurs analytes dans un seul capillaire. La deuxième étude se focalise sur le développement d'un aptacapteur colorimétrique simple, rapide et peu coûteux, qui utilise le concept général de protection enzymatique de l'aptamère et les nanoparticules d'or en tant que système de transduction. Enfin, deux méthodes par polarisation de fluorescence, basées sur le concept de déplacement (du brin complémentaire ou de l'aptamère lui-même), sont présentées afin d'accroitre les potentialités des aptacapteurs dédiés à la détection des petites molécules. / Small biomolecule detection is of great interest and importance in the pharmaceutical, environmental, food and clinical fields. Aptamers, selected by SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment), are oligonucleotides that bind to a target with high affinity and specificity. The objective of the work is to establish novel methodologies of aptamer-based assays for the small biomolecule detection. In the first work, a rationalized capillary electrophoresis strategy, derived from the structure-switching aptamer concept, is described for the design of simultaneous detection of multiple analytes. The second work based on a gold nanoparticle colorimetric sensing strategy allows a rapid, label-free, homogeneous assay for small molecule using an aptamer enzymatic cleavage protection strategy. In the third work, two aptamer-based fluorescence polarization approaches, using the displacement concept, are described to improve the potentialities of the small molecule-dedicated aptasensors.

Dans le but de rechercher des inhibiteurs naturels des protéines anti-Apoptotiques Bcl-XL et Mcl-1, deux essais biologiques ont été mis au point sur Bcl-XL/Bak-CF et Mcl-1/Bid-CF. Ces deux tests utilisent la polarisation de fluorescence et sont basés sur la liaison d’un peptide pro-Apoptotique marqué à la fluorescéine (Bak-CF ou Bid-CF) avec une protéine anti-Apoptotique (Bcl-XL ou Mcl-1). Au total, près de 600 extraits de pantes, provenant de diverses régions du monde, ont été criblés sur les deux protéines Bcl-XL et Mcl-1 permettant de sélectionner les extraits acétate d’éthyle des écorces de Knema hookeriana (Myristicaceae) et de Fissistigma latifolium (Annonaceae). L’analyse chimique des constituants des écorces de K. hookeriana a conduit à l’isolement de 12 lipides phénoliques dont 6 n’avaient jamais été isolés d’un organisme vivant. Seuls les acides anacardiques ont révélé de très fortes inhibitions de l’interaction Bcl-XL/Bak-CF et Mcl-1/Bid-CF dans les essais par polarisation de fluorescence. Une étude plus approfondie des interactions entre le plus actif des produits et les protéines (Bcl-XL, Mcl-1, Bak et Bid) par RMN, a montré que la modulation des interactions Bcl-XL/Bak et Mcl-1/Bid n’est pas liée à l’affinité de l’acide anacardique pour les protéines Bcl-XL et Mcl-1 mais a une forte affinité pour les peptides Bid et Bak. Le fractionnement bioguidé de l’extrait AcOEt des écorces de F. latifolium a conduit à l’isolement d’une nouvelle chalcone prénylée, la (±)-Écarlottone possédant une dual activité sur les protéines, Bcl-XL et Mcl-1. Par la suite, le fractionnement "RMN-Guidé" a mené à l’isolement de 6 analogues. / In order to search for natural inhibitors of anti-Apoptotic protein Bcl-XL and Mcl-1, two bioassays were developed on Bcl-XL/Bak-CF and Mcl-1/Bid-CF. Both assays use fluorescent polarisation, and are based on binding of a fluorescein labeled pro-Apoptotic peptide (Bak-CF or-CF Bid) with an anti-Apoptotic protein (Bcl-XL or Mcl-1). Nearly 600 extracts from various parts of the world were screened on both Bcl-XL and Mcl-1 proteins to select the ethyl acetate bark extracts of Knema hookeriana (Myristicaceae) and Fissistigma latifolium (Annonaceae). The chemical analysis of the constituents of K. hookeriana has led to the isolation of 12 phenolic lipids. 6 of them were never isolated from a living organism. Only anacardic acids showed very strong inhibition of the interaction Bcl-XL/Bak-CF and Mcl-1/Bid-CF in fluorescent polarisation assays. Further study of the interactions between the most active anacardic acid and proteins (Bcl-XL, Mcl-1, Bak and Bid) by NMR showed that the modulation of Bcl-XL/Bak and Mcl-1/Bid is not related to the affinity of the compoun to the anti-Apoptotic proteins, Bcl-XL and Mcl-1 but to its affinity for peptides, Bid and Bak. The bioguided fractionation of the AcOEt bark extract of F. latifolium led to the isolation of a novel prenylated chalcone, (±)-Écarlottone having a dual activity on protein, Bcl-XL and Mcl-1. Subsequently, fractionation "NMR-Guided" led to the isolation of 6 new analogs.