Les norovirus sont l'une des causes principales de gastroentérite. Depuis 2002, des variants de norovirus GII.4 successifs ont circulé dans la population par cycle de 2-3 ans, ce qui suscite des interrogations quant au rôle de leurs ligands, les antigènes tissulaires de groupes sanguins (HBGA), dans leur évolution. Nous avons analysé l'interaction entre des variants de GII.4 représentatifs et des HBGA, et déterminé le rôle d’acides aminés (aa) clés. Par mutagénèse dirigée, nous avons montré qu’une configuration stricte des aa directement impliqués dans l’accroche est indispensable. La suppression de la thréonine 395, caractéristique des variants après 2002, confère la capacité de se lier à Lex et Si-Lex, démontrant que les aa en dehors du site de liaison peuvent modifier les propriétés d’attachement. L'analyse de l'accroche de VLP de 6 variants isolés de 1987 à 2007 à des échantillons de salive phénotypés et des HBGA synthétiques montre que tous les variants sont capables de s’attacher à la salive des sécréteurs indépendamment du phénotype ABO et aux oligosaccharides propres au phénotype sécréteur. Deux variants récents ont pu également s’accrocher aux sucres présents dans la salive des nonsécréteurs Le(+). Nos données suggèrent que la capacité de se lier à Lex et Si-Lex serait une conséquence de la variation génétique des aa situés à proximité du site de liaison. L'analyse des propriétés d’attachement par résonance plasmonique de surface a montré que seuls les variants après 2002 présentent une affinité forte pour les antigènes A et B, suggérant que l’accélération évolutive des GII.4 pourrait être liée à une affinité accrue des variants pour les HBGA après 2002. / Noroviruses are one of the leading causes of gastroenteritis worldwide. Since 2002 successive GII.4 variants have circulated in the population before being replaced every 2-3 years, which raises questions about the role of their histo-blood group antigen (HBGAs) receptors in their evolution. We analyzed the interaction between representative GII.4 variants and HBGAs and determined the role of selected amino acids (aa) in the binding profiles. By mutagenesis, we showed that there was a strict structural requirement for the aa directly implicated in HBGA bindings. The ablation of the threonine 395 residue, an epidemiological feature of the post 2002 variants, allowed to gain the capacity to bind to the Lewis x and sialyl-Lewis x antigens, demonstrating that aa residues outside the HBGA binding site can modify the binding properties. The analysis of the attachment of VLPs from 6 variants isolated from 1987 to 2007 to phenotyped saliva samples and synthetic HBGAs shows that all variants could attach to saliva of secretors irrespective of the ABO phenotype and to oligosaccharides characteristic of the secretor phenotype. Interestingly, two recent variants additionally bound to carbohydrates present in the saliva of Lewis-positive non-secretors. Our data suggest that GII.4 binding to Lex and Si-Lex antigens might be a by-product of the genetic variation of the aa located in the vicinity of the binding site. Analysis of the binding properties by surface plasmon resonance showed that only post 2002 variants presented a strong affinity for A and B antigens, suggesting that the GII.4 evolution could be related to an increased affinity for HBGAs for the post 2002 variants.

Les propriétés optiques et vibrationnelles de nanoparticules métalliques individuelles ont été étudiées par spectroscopie par modulation spatiale (SMS), avec une attention particulière aux effets de forme, composition, environnement local, ainsi que de couplage inter-particule. La réponse optique de nanoparticules (métalliques au cœur-couronne métal-diélectrique) allongées et des particules bimétalliques (hétérodimères or-argent) a été mesuré et en suite interprétée grâce à une corrélation avec la caractérisation morphologique de la même particule obtenue par microscopie à transmission électronique et avec des simulations par éléments finis prenants en compte la réelle géométrie du nano-objet et le substrat. Une technique pompe sonde résolue en temps a été en suite utilisée pour étudier le profil Fano dans l'absorption d'une particule d'or au sein d'un hétérodimères or-argent. Sur une échelle de temps des quelques dizaines de picosecondes, les vibrations acoustiques multimodales de nanobipyramides d'or individuelles ont été optiquement détectées et caractérisées par rapport à un modèle élastique classique / Optical and vibrational properties of individual metal-based nanoparticles have been investigated by spatial modulation spectroscopy (SMS), focusing on their dependence on nano-object shape, composition, environment and inter-particle coupling. Quantitative investigations of the optical response, and in particular, the surface plasmon resonance (extinction cross-section amplitude, spectral position and linewidth) of elongated metal or metal-dielectric (gold nanorods, nanobipyramids with or without silica coating) and bimetallic (gold-silver heterodimers) nanoparticles deposited on a substrate have first been performed. The same nanoparticles were characterized by electron microscopy permitting quantitative interpretation of their optical response using finite element numerical simulations, taking into account the influence of the substrate. Combining SMS microscopy with a high sensitivity femtosecond two-color pump-probe setup, the ultrafast dynamics of single nano-objects has been investigated. The Fano absorption profile of a gold nanoparticle within a single gold-silver heterodimer, a parameter not accessible by linear spectroscopy, was directly measured. On a picosecond time-scale, multimodal acoustic vibrations of single gold nanobipyramids were optically lunched and detected, and their features compared to a model based on continuum elasticity

La microscopie SEEC (Surface Enhanced Ellipsometric Contrast) est une technique inventée au mans, il y a une dizaine d’années. Elle permet de visualiser des objets de taille nanoscopique entre polariseur et analyseur croisés en utilisant les propriétés non dépolarisantes de surfaces multicouches. Jusqu’au début de la thèse, seules des observations à l’air étaient possibles. Le but de cette thèse a consisté à adapter cette technique à l’observation in-situ d’objets en immersion dans l’eau.Pour cela, il a fallu inventer de nouvelles surfaces propres à ce nouveau milieu. Les calculs ont montrés que des surfaces fines d’or révélaient un bon contraste pour des objets de 1 nm en immersion dans l’eau. Expérimentalement, nous avons montré que pour exploiter au maximum le contraste SEEC, il est nécessaire de modifier l’éclairage. En parallèle de ces travaux expérimentaux, de nouveaux calculs ont montrés que l’utilisation d’épaisseurs encore plus fines permettait de visualiser ces objets avec un bon contraste et sans aucune modification de l’éclairage. Nous avons appelé cette nouvelle technique : la microscopie CONE. Nous avons découvert deux modes de mesure. Après avoir réalisé des fonctionnalisations homogènes et hétérogènes des surfaces d’or. Ces surfaces ont été utilisées en résonance plasmonique de surface (SPR) pour l’étude de fixation de protéine (adsorption et immobilisation) puis d’interaction protéine/protéine. Ces expériences ont ensuite servies de référence pour évaluer les microscopies SEEC et CONE. Par cela, nous avons prouvé que ces microscopies présentent de forts intérêts pour la détection in-situ de protéines avec un faible coût. / This thesis was supported by National Agency for Research with the project: ANR PNANO-07 SEEC. The Surface Enhanced Ellipsometric Contrast (SEEC) microscopy has invented in 2000 at Le Mans (France). This technique allows the visualization of nanoscopic object between crossed analyzer and polarizer. It’s possible if some special multilayer surfaces are used. There surfaces must have the particularity to not change the polarization of light during the reflection. Until the beginning of the project the SEEC microscopy was useful only for air observations. The goal of the thesis was to adapt this technique to observe on gold surfaces immerged in water and to compare the performance of the SEEC microscopy with Surface Plasmonique Resonance (SPR) in that configuration. The SPR is a biomolecular interaction study reference technique. SEEC microscopy lateral resolution was evaluate by fluorescence microscopy. Next, we realize two model experiments monitor in parallel by SEEC microscopy and by SPR: BSA immobilization and biotinylated IgG fixation by immobilized streptavidine. To compare measurements efficiently we did a huge preparation work (surface functionalizations and microfluidic) to have exactly same conditions in both techniques.Our results show SEEC microscopy cannot replace SPR for biomolecular interaction studies but it can be used as cheap immunological diagnostic technique. This work gives the path to follow on that direction.

Le virus de la stomatite vésiculaire (VSV) sert de modèle pour l'étude de la multiplication des virus (Mononegavirales) alors que la rage(RV) reste un sérieux problème de santé publique. Le génome de VSV et RV code notamment la nucléoprotéine (N) et la phosphoprotéine (P). N s'associe étroitement à l'ARN viral. Ce complexe N-ARN sert de matrice pour la réplication et la transcription virale. P est le cofacteur de la polymérase virale (L) et chaperonne N. En interagissant avec N-ARN (domaine C-terminal) et avec L (domaine N-terminal), P assure le lien physique entre l'ARN viral et L. La stœchiométrie de P, sa structure et son rôle exact pendant la transcription et la réplication restent incertains. Mon travail a consisté à une caractérisation biophysique et structurale de P et des complexes N-ARN-P pour mieux comprendre la dynamique du complexe de réplication de ces virus.<br />L'analyse biophysique montre que P RV & VSV existent sous forme de dimère allongé en solution. L'analyse bioinformatique a révélé une organisation modulaire, confirmé par des études biochimiques et biophysiques de mutants de P RV. La structure du domaine C-terminal de P VSV a été résolue par RMN et montre une homologie celle du C-ter de P RV. La caractérisation de l'interaction entre P et les anneaux N-ARN a révélé l'existence de deux types de complexes N-ARN-P (contenant un et 2 dimères de P par anneau). L'étude par ME des complexes nucléocapsides-P a permis de mettre en évidence un changement de conformation important.<br />Pour devenir accessible à L, l'ARN viral doit se dissocier localement de N. L'interaction N-ARN-P représente potentiellement une nouvelle cible pour le développement d'antiviraux.

Les futurs modulateurs optiques doivent satisfaire à des exigences auxquelles les modulateurs électro-optiques actuels ne peuvent plus répondre (tension de commande et dimensionnement faible, fonctionnement dans la gamme 0-40GHz à faibles pertes). Il devient alors nécessaire d'envisager de nouveaux moyens de réaliser une modulation rapide à faible consommation. Ce travail s'inscrit au sein d'un projet amont de la DGA, afin d'évaluer le gain potentiel de la plasmonique sur semiconducteurs pour la modulation optique. Nous avons d'abord sélectionné des couches de GaN sur saphir avec d'excellentes propriétés optiques et des pertes de propagation de l'ordre de 0,6dB/cm. Ensuite, nous avons montré la génération d'une résonance plasmonique à l'interface Au/GaN. Un travail d'optimisation a été réalisé en vue de rendre sa modulation efficace par variation de l'indice du GaN. Plusieurs dispositifs de démonstration ont été fabriqués en salle blanche puis caractérisés. Si les résultats optiques obtenus ont montré un effet de variation d'indice nouveau jusqu'à Δn=10-2 pour plusieurs dizaines de volt, les pertes RF de propagation se sont révélées élevées, proches de 16dB/cm à 20GHz. En parallèle, une structure à effet d'électro-absorption utilisant un multipuits quantique sur InP a été conçue et caractérisée par couplage par prisme et a montré des variations d'indice de l'ordre de 2×10-3 à 2,5V. Ces travaux de thèse, précurseurs dans ce domaine au sein du laboratoire, vont permettre d'orienter les recherches futures vers de nouveaux matériaux pour l'optoélectronique, mais aussi de mettre en exergue les points durs de la plasmonique pour la modulation optique sur semiconducteurs.

Les récepteurs à la vasopressine V1bR et à la sérotonine 5HT3R jouent des rôles physiologiques importants dans la détection des signaux extracellulaires, les mécanismes de transmission nerveuse et diverses pathologies dont le cancer, le diabète et des maladies des SNC et SNP. Mes études avaient pour but de générer ou trouver des modulateurs peptidiques de ces deux récepteurs. Pour le V1bR, j’ai développé plusieurs anticorps de type VHH et les ai caractérisés aux plans biochimique et fonctionnel. L’un de ces VHHs agit comme un agoniste allostérique complet et spécifique du V1bR humain (hV1bR). In vitro ce VHH est capable d’activer les voies de signalisation de l’inositol phosphate et des MAP kinases et d’induire l'internalisation du hV1bR. Dans des îlots pancréatiques surexprimant le hV1bR, il induit une augmentation du Ca2+ intracellulaire et une sécrétion d'insuline. Pour le 5HT3R, j’ai criblé par SPR 31 venins de serpents sur des récepteurs recombinants immobilisés et mis en évidence une interaction à partir d’un de ces venins. Suite à purification par chromatographie liquide et identification par spectrométrie de masse, j’ai identifié une toxine préalablement caractérisée comme une enzyme à activité Ca2+-dépendante. Cette toxine interagit avec les 5HT3R A et AB indépendamment du Ca2+ et avec des valeurs de Kd ≤ 10 nM. L’analyse fonctionnelle par électrophysiologie suggère qu’elle agit comme un PAM de l’activité canal du 5HT3R. Des images de ME en coloration négative montrent la toxine fixée sur le domaine extracellulaire du 5HT3R, à distance du site pour la 5HT. Le VHH et la toxine pourraient être utilisés comme outils pharmacologiques et/ou agents thérapeutiques. / The vasopressin V1bR and serotonin 5HT3R receptors play important physiological roles in the detection of extracellular signals, in the mechanisms for neuronal transmission, and in various pathologies including cancer, diabetes, and CNS and PNS diseases. My studies were aimed at generating or finding peptidic modulators of these two receptors. For the V1bR, I developed several antibodies of the VHH type and characterized them biochemically and functionally. One of these VHHs acts as a complete allosteric agonist specific for the human V1bR (hV1bR). In vitro this VHH is able to activate the signaling pathways of inositol phosphate and MAP kinases and to induce the internalization of hV1bR. In pancreatic islets overexpressing hV1bR, it induces an increase in intracellular Ca2+ and a secretion of insulin. For the 5HT3R, using SPR I screened 31 snake venoms on immobilized recombinant receptors and for one of these venoms, evidenced an interaction. Following purification by liquid chromatography and identification by mass spectrometry, I identified a toxin previously characterized as an enzyme with Ca2+-dependent activity. This toxin interacts with the 5HT3R A and AB independently of Ca2+ and with Kd values ≤ 10 nM. Functional analysis by electrophysiology suggests that it acts as a PAM of the 5HT3R channel activity. Images recorded by negative staining EM show that the toxin binds to the 5HT3R extracellular domain, at a distance from the 5HT binding site. Both this VHH and this toxin could be used as pharmacological tools and / or therapeutic agents.

La protéine NS5A est essentielle pour la réplication et l'assemblage du virus de l'hépatite C (VHC), et elle constitue une cible thérapeutique prometteuse pour le développement d'antiviraux. Cependant, aucune fonction claire n'a encore été décrite pour NS5A, et les connaissances structurales restent limitées. Ainsi, nous avons caractérisé l'état intrinsèquement désordonné des domaines D2 et D3 de NS5A en décrivant leurs espaces conformationnels et leurs potentialités de repliement en combinant différentes méthodes biophysiques. Nous avons aussi mis en évidence la variabilité structurale du domaine D2 au sein des génotypes du VHC, ce qui pourrait être en rapport avec les différences de pathogénie et d'efficacité des thérapies observées selon les génotypes. L'interaction de D2 et D3 avec la cyclophiline humaine A (CypA) a été étudiée par résonance plasmonique de surface (SPR). Bien que des mutations au sein du domaine D2 rendent la réplication du VHC moins dépendante de la présence de CypA, ces mutations n'empêchent pas la liaison entre D2 et CypA. En revanche, elles induisent des perturbations structurales qui pourraient affecter la cinétique d'interconversion des conformères de D2. Nous avons montré par SPR que D2 et D3 interagissent avec le domaine de fixation à l'ADN du récepteur nucléaire FXR. Cette interaction pourrait inhiber la fixation de FXR sur sa cible ADN, suggérant une implication de NS5A dans la modulation de l'activité transcriptionnelle de ce récepteur nucléaire. L'ensemble de ces informations, nous a permis de proposer un modèle de la structure globale de NS5A permettant une meilleure compréhension des propriétés structurales et fonctionnelles de cette protéine énigmatique / NS5A is essential for HCV replication and particle assembly, and constitutes a very promising drug target. However, no clear function has yet been described for NS5A, and structural knowledge remains limited. We characterized the intrinsically disordered nature of NS5A domains D2 and D3, and describe their folding propensity and their overall conformational behaviour by combining different biophysical methods. We also highlighted the structural variability of D2 domain in HCV genotypes, which might be correlated with the disparities observed between genotypes in terms of pathogenesis and efficiency of therapies. The interactions between D2 and D3 with human cyclophilin A (CypA) was analysed by surface plasmon resonance (SPR). We showed that mutations in the D2 domain conferring resistance of HCV replication to CypA inhibitors did not prevent the interaction between D2 and CypA. However, they induce structural perturbations that may affect the kinetics of conformers interconversion of D2. We also showed by SPR that D2 and D3 interact with the of DNA-binding domain of the nuclear receptor FXR (farnesoid X receptor alpha). This interaction reduce the binding of FXR to its DNA target, suggesting an involvement of NS5A in the modulation of the transcriptional activity of FXR. All this data led us to propose a model of the overall structure of NS5A, which provides a useful template for a better understanding of structural and functional properties of this enigmatic protein

L’anhydrase carbonique IX (AC IX h) est une enzyme souvent associée à un mauvais pronostic, à la progression tumorale et à la régulation du pH extracellulaire des cellules tumorales sur un plan moléculaire. L’AC IX est très peu exprimée dans les tissus sains mais par contre, elle est surexprimée au sein de la masse tumorale, ce qui permet de la qualifier comme une cible thérapeutique potentielle. Une nouvelle classe d’inhibiteurs d’anhydrase carbonique IX a été conçue et synthétisée par notre équipe. Cette série de composés présente une solubilité aqueuse faible, limitant ainsi son développement pharmaceutique. La complexation de ces composés avec des cyclodextrines offre la possibilité d’améliorer leur solubilité et leur biodisponibilité sans affecter leur structure originale. Des études de complexation entre nos composés et diverses cyclodextrines ont été réalisées, afin de déterminer le complexe supramoléculaire le plus adéquat. Les études des complexes Analyte / Cyclodextrine ont été réalisées par deux techniques complémentaires, la résonance magnétique nucléaire et l’électrophorèse capillaire. La complexation de six sulfonamidodiarylpyrazoles originaux avec six cyclodextrines (&#61537;-, &#61538;- et &#61543;- CDs, hydroxypropyle HP-&#61538;-CD, méthyle Me-&#61538;-CD ou amino NH2-&#61538;-CD) a été étudiée au pH physiologique. Les constantes de complexation, la stœchiométrie et l’étude structurale des complexes ont alors été déterminées. Par ailleurs, la présence d’un centre d’asymétrie dans la série des alcools secondaires, synthétisés sous leurs formes racémiques, a orienté nos travaux vers le développement de méthodes séparatives à l’échelle préparative afin de disposer de quantités suffisantes d’énantiomères permettant la détermination de leurs affinités pour la cible. Les séparations chirales ont été mises au point par chromatographie liquide haute performance, par chromatographie en phase supercritique ou par électrophorèse capillaire. La caractérisation de quatre analytes vis-à-vis de l’anhydrase carbonique II (AC II) a été réalisée, dans un premier temps, par des études d’interaction moléculaire utilisant des méthodes biophysiques qui ne nécessitent pas de marquage des partenaires, la résonance plasmonique de surface, la calorimétrie de titration isotherme et la thermal shift assay. L’objectif de cette comparaison était de valider les résultats obtenus mais aussi de sélectionner la méthode d’analyse permettant l’étude d’une grande série de composés avec l’isoforme d’intérêt (AC IX). Les résultats obtenus nous ont conduits à choisir la résonance plasmonique de surface (RPS) comme technique de choix pour l’étude de l’affinité des sulfonamidodiarylpyrazoles. Les affinités de seize composés pour trois isoformes (AC II, IX et XII) ont ensuite été déterminées par RPS. Des affinités de l’ordre du nanomolaire ont été obtenues pour les trois isoformes. De cette étude, deux composés possédant une affinité intéressante pour l’AC IX et une sélectivité AC IX versus AC II ont été selectionnés. De plus, l’étude de l’affinité des composés optiquement purs a permis de mettre en évidence une énantioselectivité isoforme dépendante. / Carbonic anhydrase (CA) IX expression is increased upon hypoxia and has been proposed as a therapeutic target since it has been associated with poor prognosis, tumor progression and pH regulation. A new class of human carbonic anhydrase IX (hCA IX) inhibitors, diarylpyrazole sulfonamide derivatives, has been synthesized in our team. These compounds have a very limited water solubility which limits their pharmaceutical development. The complexation with cyclodextrins (CDs) offers the possibility to improve their solubility without affecting their original structure and has proved to be one of the most effective. The studies of the complexes formed between our compounds and various CDs have been performed, in order to choose the most appropriate CD. We investigate by NMR and capillary electrophoresis the complexes formed between six original diarylpyrazole sulfonamide derivatives and six CDs (native &#61537;-, &#61538;- and &#61543;- CDs, hydroxypropylated HP-&#61538;-CD, methylated Me-&#61538;-CD or amino NH2-&#61538;-CD) at physiological pH. Futhermore, as these compounds have a chiral center, it was essential to separate their enantiomers and verify their optical purities before envisaging the study of their pharmacological activity. The enantiomeric purification was performed by three separative methods, the high performance liquid chromatography, the supercritical fluid chromatography and the capillary electrophoresis. This study permit to obtain optically pure compound in order to determine affinity of carbonic anhydrase. To determine the affinities of derivatives with isoforms, we performed first a comparison of three label-free methods for quantitative assessment of binding strength between carbonic anhydrase II and sulfonamides derivatives. The formation constants have been determined by surface plasmon resonance, isothermal titration calorimetry and thermal shift assay, which characterize the interaction between two partners. This study was useful to select and to validate the surface plasmon resonance (SPR) for the molecular interaction between carbonic anhydrases and all our derivatives. Affinities of sixteen compounds for three carbonic anhydrase isoforms (CA II, IX and XII) were then determined by SPR. These compounds have nanomolar affinities for three isoforms. Two compounds have affinities with great interest for the isoform CA IX, and a good selectivity CA IX versus CA II and should be considered as lead compounds. Additionally, some of optically pure compounds have shown an enantioselectivity for the AC isoforms