Les papillomavirus à « haut risque » (HR) sont les agents étiologiques du cancer du col de l’utérus. Les vaccins prophylactiques actuels assurent une protection contre les lésions induites par les génotypes 16 et 18, responsables de 70% de ces cancers. Les lésions induites par les treize autres HPV HR responsables de 30% des cancers ne sont potentiellement pas prévenues par ces vaccins. Les objectifs de ma thèse ont été d’évaluer la capacité du vaccin quadrivalent anti-HPV et des vaccins de seconde génération à induire une immunité cross-neutralisante contre les HPV HR. Tout d’abord, la capacité du vaccin quadrivalent anti-HPV à induire des anticorps neutralisant les HPV 31 et 58 a été analysée. L’induction d’anticorps neutralisant les HPV 31 et 58 a été mise en évidence, 1 mois après la dernière injection, chez 33% et 24% des femmes vaccinées, respectivement. Les pseudovirions (PsV) de l'HPV 58 produits en système cellulaire et utilisés pour cette étude présentent une capacité de transduction des cellules COS-7 10 fois supérieure à celle des PsV 31 et représente un vecteur de choix pour des applications en immunisation génique. La deuxième partie de ma thèse s’est orientée sur le développement et l’analyse de la réponse immune induite par des vaccins de seconde génération basés sur la protéine L2. L’utilisation de la protéine L2, capable d’induire des anticorps cross-neutralisants, est un candidat de choix pour développer un vaccin protégeant contre l'ensemble des papillomavirus HR. Afin d’augmenter la réponse anti-L2, trois systèmes reposant sur l'interaction streptavidine/biotine ont été évalués pour exposer la protéine L2 à de multiples copies à la surface de VLP.Enfin, une stratégie reposant sur l’immunisation avec des PsV, composés des protéines L1 et L2 de l’HPV 58 contenant le gène de la protéine L2 de l’HPV 31, a également été évaluée. Les résultats obtenus indiquent que les PsV58-31L2 représentent la meilleur formulation de la protéine L2 et permet d’induire des anticorps neutralisants les HPV 16, 31,58 et surtout l'HPV 18, phylogénétiquement éloigné des valences vaccinales. / High risk human papillomaviruses (HR HPV) are the etiologic agents of cervical cancer. Current prophylactic HPV vaccines have been shown to protect against natural infection and against the development of high-grade lesions associated with HPV 16 and 18, both responsible of 70% of cervical cancer. However, these vaccines have not the potential to protect against all the thirteen other HR HPV. The aims of my PhD thesis were to evaluate the quadrivalent anti HPV vaccine and second generation vaccine capacity to induce cross-neutralizing antibodies against HR HPV. First, we have investigated the neutralizing antibodies against HPV 58 and HPV 31 after immunization in a population of 65 vaccinated HPV 31 and HPV 58 DNA-negative Colombian women. The results have shown that 33% and 24% of the immunized women exhibited cross neutralizing antibodies against HPV 31 and HPV 58 one month after vaccination, respectively. HPV 58 pseudovirions generated in a cellular system and used in this study exhibit a 10 fold higher capacity to transduce COS-7 cells than those of the HPV 31 PsV and thus represent an interesting candidate for DNA immunization application. The second and third parts of my work were to develop and analyze the immune response induced by second generation vaccine based on L2 protein. In fact, because L2 protein is able to induce cross-neutralizing antibodies, it represents a good alternative in order to develop broad-spectrum HPV vaccine. In order to enhance the anti-L2 immune response, three systems based on the streptavidin/biotin interaction have been evaluated in order to decorate HPV 16 VLPs with multiple L2 protein.Finally, we have produced HPV58 pseudovirions encoding the HPV31 L2 protein. Results obtained indicated that cross-neutralizing antibodies against HPV 16, 31, 58 and a more distant type HPV 18 are only obtained after immunization with pseudovirions encoding the L2 protein.

Nous avons exploré la capacité des émulsions à adhérer de manière spécifique à des surfaces modèles solides et notamment la relation entre la composition des gouttes à leur interface et la formation d'un angle de contact macroscopique. Nous avons développé une méthode de fonctionnalisation covalente in-situ de l'interface liquide de gouttes d'émulsion H/E par de la biotine puis par de la streptavidine. La distribution de taille et la densité de streptavidine à la surface des gouttes sont caractérisées à l'aide d'une technique originale utilisant un cytomètre à flux. Nous avons montré que l'angle de contact et l'énergie d'adhésion croissent linéairement en fonction de la densité de biotine sur la lamelle et nous avons observé une répartition spatiale différente (disque, couronne) de la streptavidine dans la zone de contact suivant la densité totale en PEG, suggérant une transition de phase à 2D.

Nous avons exploré la capacité des émulsions à adhérer de manière spécifique à des surfaces modèles solides et notamment la relation entre la composition des gouttes à leur interface et la formation d'un angle de contact macroscopique. Nous avons développé une méthode de fonctionnalisation covalente in-situ de l'interface liquide de gouttes d'émulsion H/E par de la biotine puis par de la streptavidine. La distribution de taille et la densité de streptavidine à la surface des gouttes sont caractérisées à l'aide d'une technique originale utilisant un cytomètre à flux. Nous avons montré que l'angle de contact et l'énergie d'adhésion croissent linéairement en fonction de la densité de biotine sur la lamelle et nous avons observé une répartition spatiale différente (disque, couronne) de la streptavidine dans la zone de contact suivant la densité totale en PEG, suggérant une transition de phase à 2D.

Ce travail de thèse visait la conception de marqueurs à base d’ions lanthanides pour le diagnosticprécoce de la maladie d’Alzheimer, à travers un transfert d’énergie avec des nanocristaux semi- conducteurs luminescents. Notre choix s’est porté sur des ligands polyaminophosphonatés de type pyridine-bis-pyrazolyl rendus réactifs vis-à-vis des biomolécules par la présence de groupements activés. Nous présentons la synthèse d’un ligand modèle incorporant seulement l’unité de photosensibilisation tridentate et des groupes phosphonatés. À partir de ce ligand, les complexes d’europium et de terbium synthétisés ont été caractérisés. Une grande stabilité et des propriétés de luminescence avantageuses ont été mises en évidence par nos études, notamment en ce qui concerne le complexe de terbium. Une méthode synthèse de ligands de ce type, fonctionnalisés par la présence de groupements réactifs a été développée et le marquage de biomolécules dont des marqueurs de la maladie d’Alzheimer a été réalisé avec succès. La synthèse d’un autre ligand phosphonaté associé de façon covalente à la biotine et l’utilisation de son complexe de terbium comme donneur d’énergie a permis de réaliser des expériences de transfert d’énergie avec divers accepteurs luminescents dont des nanocristaux semi-conducteurs. / This work aimed at the design of markers with lanthanides ions for the early diagnosis of the Alzheimer's disease, through an energy transfer with luminescent quantum dots. Our choice focused on polyaminophosphonated ligands bearing a pyridine-bis-pyrazolyl moiety and made reactive towards biomolecules by the presence of activated groups. We present in the synthesis of a model ligand incorporating only the tridentate photosenstization unit and phosphonate moieties. From this ligand, europium and terbium complexes have been synthesized and characterized. An important stability and advantageous luminescence properties were revealed by our studies, especially for the terbium complex.Then a method of synthesis of ligands of this type, functionalized by the presence of reactive groups was developed and labeling experiments were carried aout with several biomolecules amoung which some Alzheimer’s disease biomarkers.The synthesis of another ligand linked covalently to biotin and the use of the corresponding terbium complex allow the study of FRET with various luminescent energy acceptors among which some quantum dots.

Ce manuscrit présente une étude des cinétiques de réactions ligand-récepteur sur des surfaces en regard, fondée sur l'utilisation de particules magnétiques colloïdales. Notre démarche repose sur la mesure de cinétiques de formation de doublets indépendants de particules, déclenchée par l'application d'un champ magnétique. Ces mesures sont directement reliées aux constantes cinétiques du couple ligand-récepteur à la surface des particules magnétiques. En considérant le couple streptavidine-biotine, nous avons validé notre approche et mis en évidence une source de variabilité des constantes d'association en surface : le degré de confinement des réactifs sur les surfaces. Pour les configurations les plus rapides, nous avons appréhendé la constante d'association comme limitée par des processus de diffusion, associés à la dynamique des particules colloïdales. Pour les configurations les plus lentes, où les réactifs sont les plus confinés en surface, le ralentissement observé est attribué à une diminution de l'efficacité des rencontres entre réactifs. Nous avons également étudié la cinétique d'association entre cadhérines, molécules directement impliquées dans l'adhésion cellulaire. Nous avons mis en évidence l'influence des conditions de contact sur l'état d'adhésion entre cadhérines. Pour les deux états d'adhésion « profonds » observés, nous avons mesuré une constante cinétique d'association plus lente que celle de l'interaction streptavidine-biotine.

Ce travail de thèse visait la conception de marqueurs à base d'ions lanthanides pour le diagnosticprécoce de la maladie d'Alzheimer, à travers un transfert d'énergie avec des nanocristaux semi- conducteurs luminescents. Notre choix s'est porté sur des ligands polyaminophosphonatés de type pyridine-bis-pyrazolyl rendus réactifs vis-à-vis des biomolécules par la présence de groupements activés. Nous présentons la synthèse d'un ligand modèle incorporant seulement l'unité de photosensibilisation tridentate et des groupes phosphonatés. À partir de ce ligand, les complexes d'europium et de terbium synthétisés ont été caractérisés. Une grande stabilité et des propriétés de luminescence avantageuses ont été mises en évidence par nos études, notamment en ce qui concerne le complexe de terbium. Une méthode synthèse de ligands de ce type, fonctionnalisés par la présence de groupements réactifs a été développée et le marquage de biomolécules dont des marqueurs de la maladie d'Alzheimer a été réalisé avec succès. La synthèse d'un autre ligand phosphonaté associé de façon covalente à la biotine et l'utilisation de son complexe de terbium comme donneur d'énergie a permis de réaliser des expériences de transfert d'énergie avec divers accepteurs luminescents dont des nanocristaux semi-conducteurs.

Les nanotechnologies ADN utilisées pour l’auto-assemblage de nanoparticules d’or ou de métaux nobles ont connu un important développement au cours des vingt dernières années, permettant l’organisation de particules agencées en nano-cristaux, grâce à la spécificité biologique inégalable de deux brins complémentaires d’ADN. L’objectif de ces travaux de thèse est d’adapter ces nanotechnologies à l’assemblage de nanoparticules d’Al et de CuO en vue d’élaborer des matériaux composites énergétiques à haute performance, grâce à l’augmentation des surfaces en contact entre réducteur (Al) et oxydant (CuO) par la maîtrise de l’organisation spatiale des nanoparticules. Ainsi, la fonctionnalisation séparée des nanoparticules d’Al et de CuO dispersées en solution colloïdale par des monobrins d’ADN complémentaires assurée ici par l’utilisation du complexe biotineStreptavidine, doit amener, après mélange des deux solutions colloïdales, à l’agrégation des particules par l’hybridation des brins d’ADN greffés en surface. La stratégie de fonctionnalisation choisie ici est générique : la protéine « Streptavidine » est d’abord greffée sur la nanoparticule, puis le brin d’ADN possédant un groupe biotine à une de ses extrémités, se fixe sur la Streptavidine. Au-delà de l’organisation de la matière à l’échelle nanométrique, l’enjeu double de ces travaux tient dans l’établissement d’un protocole de fonctionnalisation fiable et reproductible, propre aux procédés de micro-électronique, pour envisager un report de ces matériaux sur puce, mais également dans le contrôle des performances énergétiques grâce à l’ADN. Nous nous sommes donc appliqués à élaborer ce protocole en caractérisant précisément chaque étape de fonctionnalisation : la stabilisation des colloïdes et la biofonctionnalisation des nanoparticules par la Streptavidine et l’ADN. De plus, l’interaction entre ADN et surfaces oxydées des particules a été étudiée de façon à identifier les interactions non-spécifiques à l’origine d’agrégations non maîtrisées et améliorer en conséquence la qualité de la fonctionnalisation. Nous avons ensuite étudié l’agrégation des particules fonctionalisées en fonction de nombreux paramètres expérimentaux telles que la longueur de la chaîne ADN, la séquence de l’oligonucléotide, ou encore la composition saline de la solution. A cause de l’existence d’interactions non-spécifiques mise en évidence, nous avons optimisés ces paramètres de façon à assurer une agrégation dirigée uniquement par l’hybridation des brins d’ADN. Les performances énergétiques des matériaux synthétisés ont enfin été caractérisées et nous avons démontré la possibilité de contrôler les performances énergétiques des nanobiocomposites synthétisant en maîtrisant leur microstructure grâce à l’ADN. / Over the two last decades, DNA technologies have intensively been studied for the organization of matter at the nanoscale. Thanks to the bio recognition of two complementary DNA single-strands and their hybridization into the famous helicoidally structure, self-assembling of gold nanoparticles into highly ordered micrometer scale crystals has been demonstrated. The aim of this thesis is to explore this new nanotechnology for the self-assembly of Al and CuO nanoparticles driven by DNA hybridization into highly energetic nanocomposites by optimizing contact surfaces between reducer (Al) and oxidizer (CuO). We chose Streptavidin-biotin strategy to functionalize nanoparticles with DNA single strands. More precisely, the functionalization process includes four steps: (i) stabilization of Al and CuO nanoparticles into separate colloidal suspensions; (ii) Streptavidin grafting on Al and CuO nanoparticles; (iii) DNA grafting on Al and CuO Streptavidin-modified nanoparticles thanks to the addition of biotin function at the end of the DNA single strands; (iv) mixing of the two colloidal DNA-functionalized suspensions in order to realize the self-assembly. First, we precisely determined, characterized and optimized each step of the functionalization process. Then, we studied more precisely two key points of the process: we analyzed the interaction of DNA bases with technologically relevant oxide surfaces by studying the grafting of Thymidine by theoretical and experimental approaches; and we studied the influence of the coding sequence used for the DNA strands on the quality of the self-assembly, also by theoretical and experimental analyses. Finally, we optimized environmental conditions to realize the self-assembly of DNAfunctionalized nanoparticles into energetic nanobiocomposites. Morphologies and energetic properties were established as a function of synthesis conditions, and the control of energetic performances of nanobiocomposites as a function of aggregation process was demonstrated.

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Caractériser la fonction des protéines est crucial pour notre compréhension des mécanismes moléculaires de la vie, des maladies, et aussi pour inspirer de nouvelles applications en bionanotechnologie. Pour y arriver, il est nécessaire de caractériser la structure et la dynamique de chaque état occupé par la protéine durant sa fonction. La caractérisation expérimentale des états transitoires des protéines représente encore un défi majeur parce que les techniques à haute résolution structurelle, telles que la spectroscopie RMN et la cristallographie aux rayons X, peuvent difficilement être appliquées à l’étude des états de courte durée. De plus, les techniques à haute résolution temporelle, telles que la spectroscopie de fluorescence, nécessitent généralement une chimie complexe pour introduire des fluorophores à des endroits spécifiques dans la protéine. Dans cette thèse nous introduisons l’utilisation des nanoantennes fluorescentes en tant que nouvelle stratégie pour détecter et signaler les changements de conformation des protéines via des interactions non covalentes entre des fluorophores spécifiques et la surface de la protéine. En utilisant des expériences et des simulations moléculaires, nous démontrons que des fluorophores chimiquement divers peuvent se lier et être utilisés pour sonder différentes régions d’une enzyme modèle, la phosphatase alcaline (PA). Ces nanoantennes peuvent être fixées directement aux protéines ou utilisées à l'aide du système de fixation simple et modulaire, le complexe biotine-streptavidine (SA), qui permet un criblage rapide et efficace de la nanoantenne optimale tant dans sa composition que sa longueur. Dans le cas de la PA, nous montrons que nos nanoantennes permettent la détection et la caractérisation des conformations distinctes incluant les changements conformationnels nanoscopiques produisant durant la catalyse du substrat. Nous démontrons également que les signaux fluorescents émis par la nanoantenne peuvent également permettre de caractériser la cinétique enzymatique d’une protéine en une seule expérience tout en incluant la détermination des paramètres « Michaelis-Menten » de ses substrats et inhibiteurs. Nous avons également exploré l'universalité de la stratégie ces nanoantennes fluorescentes en utilisant une autre protéine modèle, la Protéine G et son interaction avec les anticorps, et avons démontré son utilité pour mettre au point un essai permettant de détecter les anticorps. Ces nanoantennes simples et faciles à utiliser peuvent être appliquées pour détecter et analyser les changements conformationnels de toutes tailles et nos résultats suggèrent qu'elles pourraient être utilisées pour caractériser n’importe quel type de fonction. / The characterisation of protein function is crucial to understanding the molecular mechanisms of life and disease, and inspires new applications in bionanotechnology. To do so, it is necessary to characterise the structure and dynamics of each state that proteins adopt during their function. Experimental study of protein transient states, however, remains a major challenge because high-structural-resolution techniques, including NMR spectroscopy and X-ray crystallography, can often not be directly applied to study short-lived protein states. On the other hand, high-temporal-resolution techniques, such as fluorescence spectroscopy, typically require complicated site-specific labelling chemistry. This thesis introduces the use of fluorescent nanoantennas as a new strategy for sensing and reporting on protein conformational changes through noncovalent dye-protein interactions driven by a high local concentration. Using experiments and molecular simulations, we first demonstrate that chemically diverse dyes can bind and be used to probe different regions of a model enzyme, intestinal alkaline phosphatase (AP). These nanoantennas can be attached directly to proteins or employed using the simple and modular biotin-streptavidin (SA) attachment system, which enables rapid and efficient screening for high sensitivity by tuning their length and composition. We show that these nanoantennas enable the detection and characterisation of distinct conformational changes of AP, including nanoscale conformational changes that occur during substrate catalysis. We also show that the fluorescent signal emitted by the nanoantenna enables complete characterisation of enzyme kinetics in one experiment, including determination of Michaelis-Menten parameters of substrates and inhibitors of AP. We then explored the universality of the nanoantenna strategy by using a different model protein system. Protein G was shown to interact with antibodies, using a rapid screening strategy for antibody detection. These effective and easy-to-use nanoantennas could potentially be employed to monitor various conformational changes, and our results offer potential for characterising various protein functions.