Les oligonucléotides antisens et leurs analogues, tels que les Peptide Nucleic Acids (PNA), ont la capacité d'inhiber ou de moduler l'expression d'un gène cible, de manière spécifique de séquence. Leur utilisation pour des applications thérapeutiques est cependant limitée par leur faible internalisation cellulaire ou leur mauvaise localisation intracellulaire, etnécessite le développement de stratégies efficaces de vectorisation. La Riboflavine, ou vitamine B2, est une vitamine essentielle qui a les caractéristiques requises pour être potentiellement utilisée en tant qu'agent ciblant de vectorisation. Le travail accompli au cours de ce projet de thèse a permis de démontrer la capacité de deux dérivés de la Riboflavine, la Flavine et le Lumichrome, à induire une internalisation par endocytose de PNA conjugués, dans plusieurs lignées cellulaires. En outre, un phénomène d'internalisation photochimique induit par la Rhodamine a été mis en évidence avec des double-conjugués Flavine ou Lumichrome - PNA - Rhodamine et conduit à une sortie efficace des endosomes de ces conjugués. Ce travail de thèse a donc permis de caractériser un conjugué trifonctionnel pour l'internalisation et lalibération cytoplasmique de molécules bioactives. / Antisense oligonucleotides and analogs, such as Peptide Nucleic Acids (PNA), are valuable tools to inhibit or modulate gene expression in a sequence-specific manner. Their successful application for therapeutic purposes is however hampered by poor cellular uptake or incorrect intracellular localization, and requires the development of efficient delivery strategies.Riboflavin, or vitamin B2, is an essential vitamin that could potentially be used as a targeting delivery ligand. We demonstrate in this PhD work the ability of two Riboflavin derivatives, Flavin and Lumichrome, to promote endocytosis-mediated internalization of PNA conjugates in several cell lines. Furthermore, a phenomenon of Photochemical Internalization produced by Rhodamine has been characterized using Flavin or Lumichrome - PNA - Rhodamine conjugatesand is responsible for an efficient release of these conjugates from endosomes. This PhD work has thus led to the characterization of a trifunctional conjugate for the internalization and cytoplasmic delivery of bioactive molecules.

La protéine majeure du lactosérum, la β-lactoglobuline (βlg) est bien reconnue pour ses propriétés structurales intéressantes lui permettant d’établir des interactions avec des ligands de taille et de caractéristiques différentes. La riboflavine (RF) et la vitamine D3 (D3) ont été sélectionnées comme modèles de petits nutraceutiques amphiphiles et hydrophobes, respectivement, et le lysozyme (Lyso), comme ligand protéique de plus grande taille. La capacité de la βlg à lier la RF a été étudiée par des méthodes spectroscopiques. La βlg et la RF forment le complexe βlg-RF dont la photoactivation génère une activité antiproliférative contre les cellules cancéreuses de la peau, démontrée en utilisant le protocole du NCI/NIH Developmental Therapeutics Program. La cytotoxicité serait probablement due à la génération d’espèces oxydatives réactives résultant de l’interaction entre la RF et la βlg. L’impact de la formation du βlg-D3 sur la solubilité et stabilité de la D3 a été étudié en utilisant des méthodes spectroscopiques et de chromatographie. Les résultats ont démontré que le complexe βlg-D3 était stable aux pHs gastrique et intestinal et augmentait la solubilité de la D3. De plus, une matrice protéique appelée coagulum enrichie en D3 (94.5 ± 1.8 % de taux d’encapsulation) été formée à partir du complexe βlg-D3 grâce à l’aptitude de la βlg à s’auto-associer. Les images de microscopie électronique ont montré que les interactions électrostatiques entre la βlg et Lyso ont pour leur part, abouti à la formation de microsphères pouvant encapsuler la D3 à un taux élevé (90.8 ± 4.8 %). La capacité des matrices à base de βlg à transporter, protéger et à améliorer la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité de la D3 a été évaluée en effectuant des expériences in vitro et in vivo chez des modèles animaux. Les matrices protéiques à base de βlg ont significativement augmenté la solubilité, stabilité et biodisponibilité de la D3 (p < 0.001). Ces études prouvent que la βlg, grâce à ses caractéristiques suturales, pourrait former des matrices protéiques compatibles avec une administration orale et les aliments, tout en préservant l’activité biologique de la RF, de la D3 et donc possiblement d’autres molécules bioactives / The major whey protein, β-lactoglobulin (βlg) is well recognized for its interesting structural properties and ability to interact with ligands with varying size and characteristics. Riboflavin (RF) and vitamin D3 (D3) were selected as small amphiphilic and hydrophobic nutraceutical models, respectively, and Lysozyme, as a larger size ligand model. Spectroscopic methods were used to demonstrate interaction between βlg and RF. βlg and RF form a complex, which was irradiated according to the NCI/NIH Developmental Therapeutics Program. The βlg-RF complex exhibited an important anti-proliferative activity against skin melanoma cancer cell lines, probably due to the generation of reactive oxygen species as the result of the interaction between RF and βlg. The impact of the βlg-D3 complex on the solubility and stability of the D3 was studied using spectroscopic methods and chromatography. The findings indicate that the βlg-D3 complex is stable at the gastric and intestinal pHs and increases the solubility of the vitamin. A βlg-based scaffold, named coagulum, enriched with D3 (94.5 ± 1.8 % of encapsulation efficiency) was prepared by using the capacity of βlg to self-aggregate. Electronic microscopy images showed that microspheres, with high D3 encapsulation efficiency (90.8 ± 4.8 %), were formed as the result of electrostatic interactions between βlg and Lyso. The efficiency of βlg-based scaffolds to improve the solubility, stability and bioavailability of the D3 was evaluated by performing in vitro and in vivo experiments using animal model. The βlg-based scaffolds significantly increased the solubility, stability bioavailability of D3 (p < 0.001). Overall, the present study showed that βlg, due to its structural properties, can be used to form protein-based matrices compatible with a food and an oral administration while preserving the biological activity of RF, D3 and possibly other bioactive molecules.

Les oligonucléotides antisens et leurs analogues, tels que les Peptide Nucleic Acids (PNA), ont la capacité d'inhiber ou de moduler l'expression d'un gène cible, de manière spécifique de séquence. Leur utilisation pour des applications thérapeutiques est cependant limitée par leur faible internalisation cellulaire ou leur mauvaise localisation intracellulaire, etnécessite le développement de stratégies efficaces de vectorisation. La Riboflavine, ou vitamine B2, est une vitamine essentielle qui a les caractéristiques requises pour être potentiellement utilisée en tant qu'agent ciblant de vectorisation. Le travail accompli au cours de ce projet de thèse a permis de démontrer la capacité de deux dérivés de la Riboflavine, la Flavine et le Lumichrome, à induire une internalisation par endocytose de PNA conjugués, dans plusieurs lignées cellulaires. En outre, un phénomène d'internalisation photochimique induit par la Rhodamine a été mis en évidence avec des double-conjugués Flavine ou Lumichrome - PNA - Rhodamine et conduit à une sortie efficace des endosomes de ces conjugués. Ce travail de thèse a donc permis de caractériser un conjugué trifonctionnel pour l'internalisation et lalibération cytoplasmique de molécules bioactives.