Les anticorps monoclonaux (mAb) sont depuis les années 2000 devenus des médicaments incontournables et de routine en thérapie et notamment en cancérologie. Le domaine continue à croître très rapidement et devant l’abondance des molécules disponibles, il est de plus en plus important d’apporter des molécules innovantes à haute valeur ajoutée pour la thérapie. Deux grandes approches sont utilisées pour sélectionner ces mAbs : l’hybridation lymphocytaire à partir de souris normales ou humanisées ; Les systèmes de display comme le phage-display. Les intérêts majeurs du phage display sont la rapidité de développement des mAbs, la facilité de manipulation chez E. coli, l’accès aux techniques de "protein engineering". Classiquement, les anticorps sont d’abord sélectionnés sur leur capacité de liaison à l’antigène puis ensuite testés pour leur efficacité fonctionnelle dans des modèles cellulaires. Cependant, seulement une partie de l'activité des anticorps est expliquée par leur liaison à l’antigène et l’activité thérapeutique dépend aussi fortement de leur capacité à recruter le système immunitaire (ADCC) et à activer la cascade du complément (CDC).Ce projet de thèse consiste à développer un nouveau format de banque d'anticorps recombinants combinant la puissance de la sélection par phage display à un criblage fonctionnel au format IgG entières produites en cellules eucaryotes. Ce nouveau système est basé sur des régions initiatrices hybrides contenant à la fois des promoteurs et des séquences signal procaryotes et eucaryotes permettant l’expression dans ces deux systèmes cellulaires, et des évènements de recombinaisons sites-spécifiques transférant le fragment Fab du vecteur de display vers le chromosome d’une lignée cellulaire de mammifère spécialement développée pour aboutir à la sécrétion d’un anticorps humain monoclonal par la cellule. L’approche habituelle de reclonage un par un du vecteur E. Coli au format IgG n’est plus nécessaire puisqu’il se fait directement par transfection. Ce nouveau système rend possible le couplage d’une sélection par phage display à un criblage fonctionnel direct sur une large population de clones monoclonaux humains. / Since 2000, monoclonal antibodies (mAb) have become essential and routine drugs in therapy and particularly in oncology. The field continues to grow very quickly and given the abundance of molecules available, it is increasingly important to bring innovative molecules with a high added value for therapy.Two main approaches are used to select these mAbs: hybridoma technology using normal or humanized mice; display systems such as phage-display. The major interests of phage display are the speed of mAb development, the facilities offered by E. coli and the easy access to protein engineering techniques. Typically, antibodies are first selected on their ability to bind to the antigen, and then tested for their functional efficiency in cellular models. However, only a part of the activity of antibodies is explained by their binding to the antigen, and the therapeutic activity also depends strongly on their ability to recruit the immune system (ADCC) and activate the complement cascade (CDC).This thesis project consists in the development of a new recombinant antibody library format combining the power of phage display selection with functional screening in a whole IgG format produced in eukaryotic cells. This new system is based on hybrid promoter and signal peptide regions allowing expression both in prokaryotic and eukaryotic cells, and a site-specific recombination event that exchanges the Fab between the display vector and the chromosome of an especially developed mammalian cell line resulting in the secretion of a monoclonal human antibody by the cell. The usual approach of recloning one by one from E.Coli vector to an IgG format is no more needed since it is done directly by transfection. This new system makes possible to couple selection by phage display with a direct functional screening of a large population of human monoclonal clones.

Dental plaque forms sequentially, with Fusobacterium nucleatum facilitating the adhesion of pathogenic late colonizers. We hypothesize that a single-chain variable fragment (scFv) antibody library will enable the identification of F. nucleatum adhesins and help elucidate the molecular mechanisms of coaggregation between F. nucleatum and other bacteria. A 4X10^8 clones scFv phage display library was created using spleen RNA from a mouse immunized with F. nucleatum. The library was enriched by biopanning against F. nucleatum 6 times and 292 individual clones tested by ELISA reacted strongly to F. nucleatum. Sixty-two of those clones inhibited F. nucleatum coaggregation with Streptococcus sanguinus. Analysis of select clones revealed differences in coaggregation inhibition, recognition of outer membrane proteins, and BstOI restriction pattern. DNA sequencing showed 6 unique scFvs and of them 3 strongly inhibited interaction with 5 Streptococcus species. These scFvs recognize the outer membrane autotransporter protein RadD (Fn1526), as determined by mass spectrometry. / Farhan Khan placed second in the International Association for Dental Research/Unilever Hatton Competition in the Senior Basic Science Research Category representing Canada, while presenting the research contained in this dissertation. This international competition took place during the 90th General Session & Exhibition of the International Association for Dental Research in Iguaçu Falls, Brazil in June 2012.

Les anticorps catalytiques (ou abzyme) ont fait l’objet de nombreuses recherches et ont été produits pour réaliser de nombreuses réactions. Ces protéines ont été ensuite découvertes dans le sérum d’individus sains ou atteints de pathologies, dont les pathologies autoimmunes. Les études suggèrent que ces abzymes peuvent avoir des effets bénéfiques ou délétères sur la santé des individus. L’origine des anticorps catalytiques et leur rôle restent ambigus et doivent être approfondis. Nous avons développé une nouvelle stratégie visant à étudier les abzymes, basée sur la technologie du phage display. Nous avons construit 4 banques de fragments d’anticorps, chacune présentant un répertoire immun différent (fond génétique et état d’immunitaire) : saine et naïve, saine et immunisée, autoimmune et naïve, et autoimmune et immunisée. Les stratégies d’amplification et de clonage des régions variables des immunoglobulines ont été conçues afin d’optimiser la taille et la diversité des banques. Nous avons rassemblé les 4 banques en une banque unique élargie contenant 2.7×109 séquences. L’analyse des séquences a mis en évidence des différences dans les profils d’expression des sous-groupes de gènes selon la banque. Nous avons ensuite procédé à la sélection d’abzymes à activité β-lactamase en utilisant deux cibles : un peptide cyclique, et un dérivé de sulfone pénam, inhibiteurs de l’enzyme. Nous avons sélectionné 5 abzymes. Chacun de ces immunoglobulines ont des séquences protéiques propres, incluant un potentiel site actif. Ces résultats montrent que différents motifs peuvent assurer la fonction catalytique de la β-lactamase, confirmant la flexibilité moléculaire de cette enzyme. / Catalytic antibodies (or abzymes) have been the focus numerous studies for some decades and have been produced with the ability to catalyze a wide range of reactions. They have also been discovered naturally in normal physiological and pathological conditions, notably on the background of autoimmune disease. Some have beneficial effects and others are detrimental to individual’s health. Hence, the origin of abzymes and their role in the immune response are ambiguous and must be enhanced. We have developed a novel strategy for the study of abzymes based on the phage display technology. We have constructed 4 libraries representing 4 murine immune repertoires with different genetic backgrounds and immunological states : healthy and naïve, healthy and immunized, autoimmune and naïve , and autoimmune and immunized. The strategies for the amplification and cloning of the immunoglobulin (lg) variable regions have been designed to optimize the size and diversity of the libraries. We have been able to pool the four libraries to create a large repertoire of size 2.7x109. After sequence analysis, we have found a number of statistically significant differences between the libraries. We have then used two strategically chosen targets to select for antibodies endowed with β lactamase activity : a cycle peptide and a penam sulfone, both inhibitors of the enzyme. We have selected for a total of 5 lgs endowed with β lactamase activity. The selected abzymes have different amino acid sequences. 3D modeling has provides insights on potential active sites demonstrating the ability of different structures to maintain the β lactamase activity and confirming the flexibility of the active site.