La désadénylation des ARNm fait intervenir les complexes de désadénylation PAN2-PAN3 et CCR4-NOT-TOB mais aussi le complexe de terminaison de la traduction eRF1-eRF3. Ces trois complexes ont la capacité d'interagir avec la protéine PABP. Cependant, le rôle d'eRF3 n'est pas clairement établi. Il a été décrit que les facteurs eRF3, PAN3 et TOB sont en compétition pour l'interaction avec PABP et qu'il y a un couplage entre la terminaison de la traduction et la désadénylation assuré par eRF3. Chez l'homme, le gène eRF3/GSPT1 présente 5 formes alléliques qui diffèrent par le nombre de répétitions de codons GGC à l'extrémité 5' du cadre de lecture (7, 9, 10, 11 et 12-GGC). Une corrélation entre l'allèle 12-GGC et le risque de développement de cancer du sein et de l'estomac a été mis en évidence. Notre objectif est (i) d'améliorer notre compréhension du rôle d'eRF3 dans le processus de couplage traduction-dégradation des ARNm, (ii) de comprendre l'effet du polymorphisme de la région N-terminale d'eRF3 sur son interaction avec PABP. A travers la méthode de résonnance plasmonique de surface (SPR), nous montrons que l'affinité de la forme allélique 12-GGC est 10 fois plus faible que celle d'eRF3a (10-GGC). Cette différence est essentiellement due à la plus faible association de la forme 12-GGC avec PABP. La plus faible affinité de la forme 12-GGC d'eRF3 entrainerait une dérégulation de la désadénylation au moins pour certains ARNm et pourrait ainsi promouvoir la prolifération cellulaire et la carcinogenèse. La région N-terminale d'eRF3 contenant la répétition de glycine joue un rôle crucial dans l'interaction eRF3-PABP, dans la désadénylation et donc dans la stabilité de l'ARNm. / The mRNA deadenylation involves the deadenylation complexes PAN2-PAN3 and CCR4-NOT-TOB and the translation termination complex eRF1-eRF3. All three proteins, eRF3, PAN3 and TOB, interact with the PABP protein. However, the role of eRF3 is still unclear. It has been reported that eRF3, TOB and PAN3 compete for the binding to PABP. Recently, it has been suggested that eRF3 may regulate mRNA deadenylation in a translation termination-coupled manner. In human, the gene eRF3/GSPT1, contains a trinucleotide GGC repeat in its 5’ end which lead to 5 allelic forms of the gene. There are five known alleles of this gene (7, 9, 10, 11 and 12-GGC). A strong correlation between the longest allele (12-GGC) and gastric and breast cancer development has been reported. Our project was (i) to improve our understanding on the role of eRF3 in the coupling of mRNA deadenylation with translation termination, (ii) to understand whether the GGC repeat polymorphism of eRF3 influences eRF3-PABP interaction. The kinetic measurements of eRF3-PABP interaction obtained by Surface Plasmon Resonance (SPR) show that the affinity of the allelic 12-GGC form is 10 fold lower than that of eRF3a (10-GGC). This decrease is mostly due to difference in the association rate of the complex. The weaker affinity of the 12-GGC allelic form may result in a deregulation of deadenylation, at least for some mRNAs, and thus, could promote cell proliferation and carcinogenesis. In fine, we show that the N-terminal region of eRF3 containing the glycine expansion plays a key role in the eRF3-PABP interaction, in the deadenylation process, and hence, in mRNA stability.

This dissertation describes the purification and partial characterization of CBP from the epidermis of the monarch butterfly larvae (Danaus plexippus). A yellow protein-carotenoid complex was extracted from the yellow pigmented epidermal tissue from monarch butterfly larvae by homogenization. Additional steps in the purification process included differential precipitation with ammonium sulfate, cation and anion chromatography, and lastly size exclusion chromatography. Polyacrylamide gel electrophoresis demonstrates that a single protein was isolated (M-LBP) having a ~60 kDa molecular weight, the value has subsequently been confirmed by HR-tandem MS. Lutein is the sole carotenoid bound by M-LBP with a stoichiometry of the binding of 2: 1. Immunohistochemistry results show that M-LBP has no cross-reactivity to antibodies for silk worm CBP (Bombix mori) but does have cross-reactivity with antibodies for horn worm epidermal CBP (Agrius convolvuli). Binding affinities were determined using surface plasmon resonance for the carotenoids lutein (KD = 18.6 ± 0.7), R,R-zeaxanthin (KD = 990 ± 60), R,S-zeaxanthin (KD = 60 ± 2). Tryptophyphan fluorescence lifetimes were determined for the apoprotein and compared to those of the native M-LBP. Tryptophan fluorescence lifetimes were found to be 3.9 ns and 3.0 ns, respectively for these two forms of the protein, indicating that upon dissociation of the carotenoid from the protein the tryptophan fluorophore adopts a position where it has less interaction with the polar surface environment.

L’imagerie infrarouge refroidie est portée par une demande forte pour des applications dans les secteurs militaire, industriel et spatial. Les enjeux actuels de ce marché sont le fonctionnement à haute température et la fonctionnalisation spectrale des détecteurs.Ces enjeux peuvent être adressés grâce à l’utilisation de résonateurs optiques et leur faculté à concentrer le champ électromagnétique. Ce travail de thèse montre comment des résonateurs plasmoniques peuvent être intégrés dans la filière HgCdTe.La théorie temporelle des modes couplés a été utilisée, de manière analytique, pour optimiser à travers la condition de couplage critique, l’absorption dans un résonateur plasmonique chargé par un semiconducteur. La conception d’une photodiode HgCdTe ultramince plasmonique est ensuite détaillée. Elle repose sur l’utilisation d’un mode optique résultant du couplage entre un mode plasmon de surface et un mode gap plasmon de cavité / The market for cooled infrared imaging technologies is growing fast due to a range of applications covering military, commercial and space. Current research for innovative systems focuses on high operating temperature and multispectral detectors.To achieve these aims, optical resonators can be used to concentrate electromagnetic fields in thin absorbing media. This thesis investigates the possibility of using plasmonic resonators for HgCdTe photodetection.Temporal coupled-mode theory is used to optimise analytically the absorption in a plasmonic resonator incorporating an absorbing semiconductor subject to the critical coupling condition. A design of a thin plasmonic HgCdTe diode is then described. This includes a hybrid plasmonic mode arising from the coupling between a surface plasmon and a cavity gap-plasmon mode

Les systèmes optiques intégrés ont été largement utilisés dans la détection et la caractérisation de substances biochimiques. Aussi, le développement de nouvelles technologies permettant la fabrication de structures intégrées à l’échelle nanométrique, ouvre un horizon dans la conception d'une nouvelle génération de capteurs biochimiques. Sur la base de plasmons de surface localisés, au cours des dernières années ont été proposés différentes configurations de systèmes optiques pour concentrer le champ électromagnétique dans une petite région de l'espace, ce qui favorise son interaction avec des substances biochimiques. En utilisant la méthode modale de Fourier, dans la présent thèse est présentée une analyse exhaustive de la propagation des modes dans un réseau périodique de nanoparticules métalliques intégrés avec une guide d'ondes diélectrique. Deux géométries des nanoparticules ont été étudiées: des réseaux périodiques de nanofils et de nanocônes métalliques. Il est démontré que pour les nanocônes métalliques le champ optique est fortement exalté au sommet des nanocônes quand ils sont excités à leur résonance LSP via une guide d'onde diélectrique. Pour valider les résultats numériques, on a fabriqué et caractérisé expérimentalement un réseau périodique de nanofils d’or placée sur une guide d’onde à échange d’ions. La caractérisation de l'échantillon a été réalisée dans le champ lointain en mesurant des spectres de transmission et dans le champ proche en utilisant la microscopie en champ proche optique de balayage (NSOM). Les résultats obtenus montrent que les dispositifs intégrés plasmoniques proposées peuvent être appliquées dans la détection de substances biochimiques / Localized surface plasmons (LSP) are used to control and concentrate the electromagnetic field in small volumes of matter. This is a very interesting property in the context of biophotonics. Indeed, it allows an enhancement of the light-matter interaction at the cell scale, or even at a single molecule scale. The technological challenge is to propose optical devices able to efficiently couple light into localized plasmonic modes and to improve the detection of signals resulting from the interaction between the confined light and the analyte under detection.In this thesis work, we theoretically and experimentally study the guiding and confinement properties of light in periodic arrays of metallic nanowires of rectangular and triangular (nanocones) cross section that support localized plasmons. These nanowires are integrated in a photonic circuit that enables an efficient light coupling. The extinction spectra of the plasmonic resonances are directly obtained by analyzing the transmitted light in the device. By making use of the Fourier modal method, we perform an exhaustive theoretical study of the plasmonic Bloch modes that propagate due to the near-field coupling of the localized plasmons resonances. It is demonstrated that for the metallic nanocones, the optical field can be strongly enhanced by a controllable tip effect and remarkably intense

Le but de notre travail était d'étudier comment des interactions impliquant des acides nucléiques pouvaient réguler le cycle viral du virus de l'hépatite C (VHC). L'ARN génomique du VHC est très structuré au niveau de ses extrémités 5' et 3'. La tige-boucle 5BSL3.2 a été décrite comme interagissant avec la SLIIId, la Seq9110 et la SL2 par génétique inverse et expériences de complémentation de mutations. La résonance plasmonique de surface (SPR) a été utilisée afin de caractériser ces interactions. Cela nous a conduit à développer des méthodes permettant d’étendre l'utilisation de la SPR. Nous avons pu observer, in vitro, une interaction entre la 5BSL3.2 et miR-122, un microARN fortement exprimé dans les hépatocytes. Nos résultats ont également montré que la SL2 était une séquence ARN pouvant former au moins deux conformations. L'une étant capable d'interagir avec la 5BSL3.2 et l'autre pouvant s'auto-associer. L'étude de cette dimérisation sur modèle cellulaire a montré qu'elle était impliquée dans les mécanismes de la réplication virale. Le développement d'une méthode d'analyse des complexes ternaires a permis la caractérisation simultanée du complexe formé entre la boucle interne de la 5BSL3.2 et ses partenaires (Seq9110 et SLIIId) ainsi que du complexe formé entre la boucle apicale et ses partenaires (SL2 et miR-122). Ces résultats ont montré que les deux sites de liaison de la 5BSL3.2 étaient structurellement indépendants. Ces interactions pourraient donc coexister dans un contexte physiologique. Les résultats montrent que la SLIIId et la Seq9110 sont en compétition pour interagir avec la boucle interne de la 5BSL3.2 tandis que la tige-boucle SL2 et miR-122 sont en compétition pour interagir avec la boucle apicale de la 5BSL3.2. La 5BSL3.2 est donc un motif ARN structuré pouvant agir comme une plaque tournante, capable d'interagir avec d'autres régions de l'ARN génomique tandis que la SL2 a montré que les deux interactions qu'elle pouvait former, mutuellement exclusives, étaient importantes pour la prolifération virale. Les mécanismes de compétition observés pourraient être impliqués dans la commutation entre les différentes étapes du cycle viral. / We are interested in understanding how interactions involving nucleic acids regulate the life cycle of the Hepatitis C virus (HCV). The HCV genomic RNA is highly structured at the 5' and 3' ends. The stem-loop 5BSL3.2 was described to interact with the SLIIId, the Seq9110 and the SL2 by reverse genetics and complementation mutation experiments. Surface plasmon resonance (SPR) was used to characterize these interactions. This led us to develop methods to expand the use of this technique. We described in vitro evidences for an interaction between 5BSL3.2 and miR-122, a microRNA highly expressed in hepatocytes. As shown by our results, SL2 is a highly dynamic RNA motif that fluctuates between at least two conformations: one is able to hybridize with 5BSL3.2 and the other one is capable of self-associating. The study of this dimerization in living cells has shown an implication of this phenomenon in viral replication processes. The development of a ternary complex analysis method allowed the characterization of the Seq9110 (or SLIIId) and SL2 (or miR-122) interacting with 5BSL3.2. Our results shown that the two binding sites of 5BSL3.2, the apical and internal loops, are structurally independent, suggesting that these interactions may coexist in a physiological context. SLIIId and Seq9110 were shown to compete to interact with 5BSL3.2 internal loop while SL2 and miR-122 were shown to compete to interact with 5BSL3.2 apical loop. In conclusion, 5BSL3.2 is a structured RNA motif that could act as a molecular hub capable of interacting with other genomic RNA regions while the two interactions of the SL2, mutually exclusives, were shown to be crucial for viral proliferation. The competition mechanisms observed could be involved in the commutation between viral cycle steps.

Moderne Methoden der Oberflächenbehandlung können Oberflächen mit besonderen Eigenschaften versehen. Diese Eigenschaften werden zunehmend durch ultradünne Schichten mit Schichtdicken von einigen Nanometern erzeugt, da mit minimalem Materialaufwand definierte Resultate erreichbar sind. Die meisten Metalle überziehen sich mit einer Oxidschicht, deren Eigenschaften von den herrschenden Umgebungsbedingungen bestimmt werden. Diese Oxidschicht bildet die Oberfläche des Festkörpers, und weist andere Eigenschaften auf als der Festkörper selbst. Darüber hinaus beeinflussen die Rauhigkeit sowie eventuell vorliegende Legierungsbestandteile die Oberflächenbeschaffenheit. Besonders geeignet zum Erzeugen ultradünner oder monomolekularer Schichten ist der Prozess der Selbstorganisation, bei dem man sich zu Nutze macht, dass oberflächenaktive Moleküle mit sich selbst und einem Substrat in Wechselwirkung treten können. Zum Verständnis der ablaufenden Vorgänge ist die Kenntnis der Prozesskinetik sowie die Charakterisierung der Substratoberfläche vor und nach der Adsorption erforderlich. Die Größenverhältnisse zwischen den adsorbierten Molekülen und der Rauheit der Oberfläche erschweren die Charakterisierung der vorliegenden Ordnung und Orientierung der erzeugten dünnen Schichten. In dieser Arbeit sind Untersuchung des Schichtbildungsverhaltens und die Charakterisierung der erzeugten Schichten aus Phosphon- und Phosphorsäurederivaten in Abhängigkeit verschiedener Eigenschaften der Substratoberflächen vorgenommen worden. Dabei kamen oberflächensensitive Methoden wie AFM, REM, SPR und XPS zum Einsatz. Es konnte gezeigt werden, dass sich die untersuchten Moleküle wie erwartet auf den Oberflächen orientieren und dabei einen Bedeckungsgrad von etwa 60% erreichen. Der Einfluss von unterschiedlichen Vorbehandlungsmethoden konnte ebenso charakterisiert werden.

The first part of this dissertation deals with the application of a luminescence quenching method to measure diffusion and permeation coefficients of oxygen in polymers. Most luminescence oxygen sensors do not follow linearity of the Stern-Volmer (SV) equation due to heterogeneity of luminophore in the polymer matrix, thus the complexity of data analysis is increased. To circumvent this limitation, inverted fluorescence microscopy is utilized in this work to investigate the SV response of the sensors at the micron-scale. In these diffusion experiments, oxygen concentration is measured by luminescence changes in regions with high SV constants and good linearity. Thus, we avoid numerical complexity of combining nonlinear SV equation with a diffusion model. This technique allows us to measure oxygen diffusion properties in different type of polymers like transparent, opaque, free-standing polymers and polymers that cannot be cast into free standing films and polymer composites. In the second part of this thesis, we have explored the effect of Ag-Cu alloy nanoparticles on the emission intensity of luminophores at their close proximity. Alloy nanoparticles offer additional degrees of freedom for tuning their optical properties by altering atomic composition and atomic arrangement and thus can be an attractive option for manipulating signal of a wide range of luminophores. In this work, surface plasmon resonance spectrum of Ag-Cu alloy nanoparticles deposited by sputtering was easily tuned in wide wavelength range by varying one experimental condition- annealing temperature. Large metal enhanced luminescence for different luminophores viz Alexa Fluor 594 and Alexa Fluor 488 were achieved at the vicinity of Ag-Cu nanoparticles when maximum spectral overlap between SPR spectra of Ag-Cu nanoparticles and the emission and absorption spectra of the luminophores occur. We also studied the effect of composition of Ag-Cu nanoparticles synthesized by the polyol process on the luminescence of low quantum yield dye Cy3. In the third part of this thesis, quenching effect of Cu nanoparticles on CdSe/ZnS nanocrystal quantum dots has been explored. As Cu nanoparticles have comparable dielectric properties with gold nanoparticles, they are expected to show similar quenching effects. It was found that Cu is an efficient quencher of fluorescence from CdSe/ZnS quantum dots and the quenching effect is due to resonance energy transfer from quantum dots to Cu nanoparticles.

Surface plasmon resonance (SPR) biosensors represent one of the most advanced sensing technologies for real-time studies of biomolecular interactions. In this thesis, methods for functionalization of SPR substrates were optimized and studied via spectroscopic methods. Effects related to the SPR sensor microfluidic interface on the measured biomolecular interactions were analyzed, and furthermore, means to decrease mass-transport limitations were proposed. Several SPR-based assays regarding the detection of nucleic acids were developed, which allow for the detection of physiologically relevant concentrations of nucleic acids as well as point mutations in a nucleic acid sequence. Assays for the determination of the enzymatic activity of HIV integrase and ribonuclease H were developed. These assays can be employed for the design and synthesis of molecules that function either as antiviral drugs or as gene-regulating agents.

Ce travail de thèse propose d’étudier les propriétés photophysiques de systèmes moléculaires à la fois photochromes et fluorescents. Sous l’effet de la lumière, ces molécules peuvent subir une désexcitation radiative, non radiative ou une photo-isomérisation. Dans la première partie de ce travail, la compétition entre ces différentes voies a été étudiée en détail grâce à deux photochromes proches sur le plan structurel et présentant une émission de fluorescence de couleur différente pour chaque forme du photochrome. Les efficacités relatives et les mécanismes de désexcitation ont été étudiés à l’échelle macroscopique. Cette comparaison a été accompagnée d’une étude sous microscope pour laquelle des nano-bâtonnets d’or ont été intégrés au système photochrome-fluorescent de manière à étudier l’influence d’un champ plasmon de surface localisé sur les différents phénomènes de désexcitation à une échelle proche de celle de la nanoparticule individuelle. Une deuxième partie de ce travail consiste en la préparation et l’étude des propriétés photophysiques de nanoparticules organiques constituées de dyades fluorescentes et photochromes. La fluorescence de ce type de nano-objets peut être efficacement contrôlée par la lumière : la conversion de quelques unités photochromes peut permettre, par transfert d’énergie intermoléculaire, d’éteindre la totalité de la fluorescence d’une nanoparticule. L’observation de cet effet pour des nanoparticules individuelles a été mise en application pour le développement d’une méthode de microscopie optique super-résolution. / The main purpose of this PhD work is the study of fluorescent and photochromic molecular systems. Under light illumination, such molecules may undergo radiative and non-radiative deactivation or photoisomerization. In the first part of this work, this competition has been investigated for structurally related photochromic compounds with different fluorescence colors corresponding to both isomers. Efficiency and mechanisms of the deactivation pathways were unraveled at the macroscopic scale. This competition was further studied under microscope with gold nanorods included in the sample, in order to study the effect of localized surface plasmon resonance on the different deactivation processes.The second part of this work consists in the preparation and the photophysical study of organic nanoparticles composed of fluorescent-photochromic dyads. Fluorescence of such nano-objects can be efficiently driven by light : the switching of a few photochromic units is enough to turn off the entire fluorescence of a nanoparticle by intermolecular energy transfer. Observation of this effect at the level of individual nanoparticles allowed the developement of a super-resolution method for optical microscopy.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第19959号 / 理博第4226号 / 新制||理||1607(附属図書館) / 33055 / 京都大学大学院理学研究科化学専攻 / (主査)教授 寺西 利治, 教授 倉田 博基, 教授 島川 祐一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM