Proteins and nanoparticles (NPs) provide a promising platform for supramolecular interaction. We are currently exploring both fundamental and applied aspects of this interaction. On the fundamental side, we have fabricated a series of water-soluble anionic and cationic NPs to interact with cationic and anionic proteins respectively. A Varity of studies such as, activity assay, fluorescence titration, isothermal titration calorimetry etc. were carried out to quantify the binding properties of these functional NPs with those proteins. Those studies reveal the prospect of tuning the affinity between the nanoparticles and proteins by the surface modification. On the application side, we have used this protein-nanoparticle interaction in protein refolding where we successfully refolded the thermally denatured proteins toward its native structure. We have also applied this particle-protein recognition to create a biocompatible protein sensor using a protein-NP conjugate. Green fluorescent protein and a series of cationic NPs were used for a protein sensor for the identification of protein analytes through displacement process. We have extended this application even in sensing the proteins in human serum.

Les interactions protéine - protéine sont au centre de nombreux processus biologiques, et représentent des cibles thérapeutiques pertinentes pour le traitement de certaines maladies. La conception de molécules antagonistes visant à inhiber ces interactions requiert la reconnaissance spécifique d’une des surfaces protéiques impliquées. Les foldamères de type oligoamides de quinoline constituent de bons candidats. Leur production et leur fonctionnalisation sont relativement aisées. Ils adoptent des structures hélicoïdales semblables à celles rencontrées dans les protéines. Grâce à différentes techniques biophysiques (CD, SPR, diffraction des rayons X), nous montrons que ces molécules sont aptes à reconnaître une surface protéique. Deux protéines cibles ont été choisies : l’interleukine 4 et l’anhydrase carbonique humaine II.La stratégie retenue dans ce travail (ancrage du foldamère à la protéine via un bras espaceur) nous a permis d’obtenir des informations structurales sur les interactions foldamère – protéine avant toute optimisation de ces interactions. La première structure 3D d’un complexe foldamère de quinoline complexée à une protéine est décrite. / Protein-protein interactions are a central issue in biological processes and represent relevant therapeutic targets for the treatment of diseases. The design of antagonistic molecules directed towards the disruption of these interactions requires the specific recognition of protein surfaces. Quinoline oligoamide foldamers present all the properties to reach that point. They are easily synthesized and fold into helices (similar to α helices) which can be decorated. Thanks to biophysical studies (CD, SPR, RX diffraction), we demonstrate that these molecules are able to recognize protein surfaces. Two proteins have been studied: the human interleukin 4 and the human carbonic anhydrase II.The applied strategy (keeping the foldamer close to the protein surface via a linker) allowed us to gather structural information about foldamer protein interactions before any strong binding is established. The first crystal structure between a protein and an aromatic amide foldamer is reported.

Les protéines étant au coeur d’un grand nombre de processus biologiques, elles sont des cibles thérapeutiques largement convoitées. Les foldamères, notamment les oligoamides aromatiques, présentent une structure bien définie, prévisible, stable en solution et à l’état solide. Ajouté à cela, leur taille moyenne en fait de bons candidats pour la reconnaissance de surfaces de protéines, grâce à leurs chaînes latérales protéinogènes. Cette thèse présente les différentes étapes de leur conception, de la synthèse de la brique constitutive à l’obtention d’un foldamère fonctionnalisé grâce à la synthèse en phase supportée. La stratégie d’investigation des interactions entre un foldamère et une protéine est détaillée. L’originalité réside dans le fait que le foldamère est ancré directement à la protéine et le dichroïsme circulaire sert de méthode de screening. L’analyse structurale des hits permet de générer de nouveaux foldamères dans le but d’améliorer les interactions avec la protéine : c’est une stratégie itérative. Cette approche est appliquée premièrement à l’anhydrase carbonique humaine II, protéine modèle qui sert de preuve de principe pour cette approche ; puis à des protéines d’intérêt thérapeutique plus important : l’interleukine 4 et la cyclophiline A. Enfin, une étude concernant l’introduction de flexibilité au sein de foldamères de quinolines est présentée. / Since proteins are at the basis of many biological processes, they are widely studied as therapeutic targets. Aromatic oligoamide foldamers have a very well defined structure, predictable and stable both in solution and solid state. Because of their medium size, they appear as potent candidates for protein surface recognition thanks to their proteinogenic side chains. This manuscript presents the different steps of their design, from the scaffold’s synthesis to obtaining a functionalized foldamer, thanks to solid phase synthesis. The strategy to investigate protein/foldamer interactions will be detailed. Its originality lies in the fact that the foldamer is anchored to the protein. Circular dichroism has been used as a screening method to detect foldamer/protein interactions. Structural analysis of the hits will allow the design of new foldamers with the objective of enhancing foldamer/protein interactions: it is an iterative strategy. This approach has been applied firstly to human carbonic anhydrase II (HCA). This protein is used as a model system and proof of concept before moving to more therapeutically relevant proteins; interleukin 4 and cyclophilin A. Finally, a study on introducing flexibility in quinoline foldamers is presented.