Dans le cadre de la détection de nouveaux allergènes alimentaires, un microsystème pour la séparation bidimensionnelle de protéines par électrophorèse a été développé, ces deux dimensions étant la focalisation isoélectrique (IEF) et l'électrophorèse de zone (EZ). Ces deux modes de séparation ont été étudiées au format capillaire avant d'utiliser les résultats obtenus en microsystèmes. La séparation de protéines par IEF a d'abord été réalisée. Nous avons montré que l'utilisation d'électrolytes constitués d'ampholytes d'intervalles étroits de pH (NC) permettait d'augmenter la résolution puis réalisé la séparation de protéines du lait en microsystèmes. Des microsystèmes en verre et en PDMS et plusieurs traitements de surface ont été comparés en utilisant une méthode de mesure de flux électroosmotique développée pour cela. Nous avons ensuite étudié la séparation de protéines par EZ en microsystèmes. Des NC ont de nouveau été utilisés, pour leur faible conductivité. Nous avons montré qu'ils permettaient de diminuer fortement l'adsorption des protéines puis nous avons réalisé la séparation de ces dernières en quelques secondes après avoir optimisé leur dérivation avec un marqueur fluorescent. Enfin, différents schémas de microsystèmes ont été envisagés pour coupler les deux dimensions de séparation.

Les algorithmes génétiques sont des méthodes d'optimisation destinées à des problèmes complexes. Ils peuvent jouer un rôle intéressant dans le cadre de la protéomique. Cette discipline est assez récente, elle étudie le patrimoine en protéines des individus. Elle produit des données de grande dimension. <br />La première partie aborde l'histoire, le fonctionnement des algorithmes génétiques et certains résultats théoriques. La partie suivante détaille la mise au point d'un tel algorithme pour la sélection de biomarqueurs en spectrométrie de masse et l'alignement de gels d'électrophorèse 2D. Cette partie met en évidence la difficulté de construction du critère à optimiser. La dernière partie aborde des résultats théoriques. La convergence des algorithmes génétiques avec élitisme est démontrée dans le cas non homogène et de mutations dirigées. Nous avons ensuite construit un critère de convergence alliant fondements théoriques et applicabilité, basé sur les occurrences de la solution localement optimale. Enfin, l'efficacité de l'introduction d'événements catastrophiques dans la résolution pratique de certains problèmes de convergence est montrée.

Wolbachia est une bactérie Gram(-) intracellulaire symbiote de nombreux arthropodes. Chez A. vulgare, elle entraîne la féminisation des mâles (souche wVul). Nous avons caractérisé le chromosome de wVul (ADN circulaire de 1.75 Mb) qui semble comporter de façon atypique plusieurs opéron rrn et dont les profils de restriction sont différents de ceux des autres souches de Wolbachia. La purification de l'ADN bactérien a permis d'amorcer le séquençage de ce génome. Un système de sécrétion de type IV caractérisé par deux opérons vir a été mis en évidence. L'expression de ces gènes dans les ovocytes et l'étude des protéines impliquées révèlent que ce système pourrait être fonctionnel. Des cartographies bidimensionnelles de profils protéiques de tissus d'individus infectés ou non indiquent des différences d'expression correspondant à des protéines du métabolisme et du cytosquelette de l'hôte surexprimées, et à une RNA hélicase qui pourrait interagir avec le déterminisme du sexe de l'hôte.

La doxorubicine (DXR) est l’un des médicaments les plus efficaces en chimiothérapie, mais sonapplication clinique est limitée par ses effets cardiotoxiques. Malgré des décennies de recherche, sesmécanismes pathogéniques ne sont toujours pas entièrement compris. Il s’ensuit qu’aucun traitementsatisfaisant, curatif ou préventif, n’existe. Dans cette étude, nous recherchons les mécanismes designalisation cellulaire impliqués. Deux modèles expérimentaux de toxicités, aigue d’une part (coeurisolé et perfusé de rat avec la DXR), et chronique d’autre part (rat traité à la DXR), ont permis deréaliser une étude ciblée (sur les voies de signalisation énergétiques) et deux études systémiques(phosphoprotéomique et transcriptomique). Les résultats combinés de ces travaux ont montré que laDXR modifiait le niveau de phosphorylation (activation) ou l’expression génique de protéinesimpliquées dans trois domaines fonctionnels distincts : métabolisme énergétique, réponses au stress,et structure/fonction du sarcomère. (i) Métabolisme énergétique : nous avons confirmé la surprenanteinhibition de l’AMPK, probablement provoquée par un contrôle négatif exercé par des partenaires designalisation (Akt et ERK), plutôt que par une modification des kinases activatrices en amont. Nousavons également montré l’augmentation du niveau de phosphorylation de la PDH, ce qui, en inhibantl’enzyme, ralentit le cycle de Krebs. Cependant, nous avons également observé un phénomènecompensatoire de surexpression de gènes codant pour des enzymes de la glycolyse et du cycle deKrebs ; (ii) Réponses au stress : dans nos modèles, la DXR génère des stress énergétique,génotoxique et oxydatif. Cependant, seuls quelques mécanismes compensatoires sont activés (lesvoies de signalisation de DNA-PK–Akt–GSK3, diverses chaperonnes). Les autres semblent êtreinhibées suggérant que l’amoindricement des réponses au stress serait un des mécanismes de lacardiotoxicité de la DXR; (iii) Structure/fonction du sarcomère: L’augmentation de la phosphorylationde la desmine ainsi que la réduction du nombre de transcrits codant pour des protéines essentiellesau développement cardiaque normal pourraient être la cause de la désorganisation du réseaumyofibrillaire. En conclusion, ces résultats révèlent potentiellement de nouveaux mécanismes de lacardiotoxicité induite par la DXR et permettent d’envisager de nouvelles cibles moléculaires pour ledéveloppement de stratégies protectrices. / Doxorubicin (DXR) is an efficient anticancer drug, the use of which is limited by seriouscardiotoxicity. Despite decades of research, its pathogenic mechanisms are not fully understood, andefficient preventive or curative strategies are not available. Here we address the question whethermechanisms in cardiac cell signaling contribute to the toxicity phenotype. Using experimental modelsfor acute (DXR-perfused, isolated rat hearts) or chronic toxicity (rats injected with DXR), we conducteda targeted study (focusing on energy signaling pathways) and two non-biased studies(phosphoproteomics and transcriptomics). The combined data reveal DXR-induced alterations inphosphorylation (activation) status or gene expression of proteins in mainly three functional domains:energy metabolism, stress responses, and sarcomere structure. (i) Energy metabolism: We confirm aparadox inhibition of AMPK signaling, that is rather due to inhibitory cross-talk with related signalingpartners (Akt, ERK) than impaired AMPK upstream signaling. We also show, among others, theincrease of inhibitory phosphorylation of pyruvate dehydrogenase, slowing down Krebs cycle, but alsoa compensating upregulation of glycolysis and Krebs cycle enzyme transcripts. (ii) Stress-responses:In our models, DXR generates energetic, oxidative and genotoxic stress, but only some compensatorystress responses are activated (DNA-PK–Akt–GSK3 pathway, chaperones). Many others seem to beinhibited, suggesting a blunted response to stress as component of DXR toxicity. (iii) Sarcomerestructure/function: We detect increased phosphorylation of desmin and reduced transcripts essentialfor e.g. normal heart development as potential causes for a disorganized myofibrillar network. Inconclusion, these results reveal some novel potential mechanisms of DXR-induced cardiotoxicity andsuggest new targets for protective strategies.

Les aptamères sont des oligomères d'ADN ou d'ARN simple brin qui, en se repliant sous forme de structures tridimensionnelles peuvent avoir des interactions fortes et spécifiques envers un certain nombre de cibles. L'objectif de cette thèse a été de compléter les études existantes sur l'utilisation de l'électrophorèse capillaire (CE) et les aptamères afin de mettre au point une méthode de sélection d'aptamères par CE couplée à la fluorescence induite par laser et le séquençage haut-débit Illumina. Dans un premier temps, nous avons mis au point une méthode de détection et de séparation par électrophorèse capillaire couplée à la double détection UV-LEDIF d'une banque d'ADN en interaction avec une cible : la thrombine. C'est un modèle déjà étudié pour lequel deux aptamères ont fait l'objet de publications. Nous avons utilisé l'aptamère T29 dans le cadre de notre étude car c'est celui qui présente la meilleure affinité. L'électrophorèse capillaire est un puissant outil analytique qui facilite l'efficacité de sélection des aptamères et précise la détermination des paramètres d'interactions. Nous avons ainsi pu déterminer la constante d'affinité KD par CE-UV-LEDIF sur le modèle de base : la thrombine. Par ailleurs, nous montrons également comment l'utilisation du tampon Tris peut dégrader un ADN simple brin en électrophorèse capillaire et nous proposons comme alternative l'utilisation d'un tampon sodium phosphate dibasique qui évite ce phénomène de dégradation. Enfin, nous expliquons la difficulté d'amplification par qPCR et PCR d'un aptamère comme le T29 ayant une structure en G-quadruplex. Nous avons montré que le séquençage haut-débit Illumina nous a permis de trouver une corrélation entre le nombre de molécules séquencées et le nombre de séquences obtenues. L'analyse des séquences obtenues montre une quantité importante (20%) de séquences de T29 qui ne correspondent pas à la séquence de cet aptamère. Cela prouve que les étapes de PCR et de séquençage haut débit pour la détection de G-quadruplex peuvent induire un biais dans l'identification de ces molécules. / Aptamers are oligomers of small single-stranded DNA or RNA which can have strong and specific interactions with some targets when they fold into three-dimensional structures. The objective of this thesis was to complete existing studies on the use of capillary electrophoresis in order to develop a method for the selection of aptamers by CE coupled to laser induced fluorescence and Illumina high-throughput sequencing. In a first step, we developed a method of detection and separation by capillary electrophoresis coupled with the double detection UV-LEDIF of a DNA library interacting with a target: thrombin. It is a model already studied and for which two aptamers have been published. We used aptamer T29 as part of our study because it has the best affinity. Capillary Electrophoresis is a powerful analytical tool that facilitates the selection efficiency of aptamers and specifies the determination of the interaction parameters. We thus were able to determine the affinity constant KD by CE-UV-LEDIF on the basic model: thrombin. Moreover, we also show how the use of Tris buffer can degrade single-stranded DNA during capillary electrophoresis and we propose as an alternative the use of a dibasic sodium phosphate buffer which avoids the phenomenon of degradation. Finally, we explain the difficulty of amplification by qPCR and PCR of an aptamer such as T29 with a G-quadruplex structure. We showed that the Illumina high-throughput sequencing allowed us to find a correlation between the number of sequenced molecules and the number of sequences obtained. Analysis of the sequences obtained shows a significant amount (20%) of T29 sequences which do not correspond to the sequence of this aptamer. This shows that the PCR and high-throughput sequencing steps for the detection of G-quadruplex can induce bias in the identification of these molecules.

Au cours de ce travail nous nous sommes intéressés à la caractérisation de nanoparticules magnétiques anioniques et cationiques en électrophorèse capillaire (CE). Dans le cadre de l'analyse de particules cationiques, différentes stratégies de modification du capillaire ont été envisagées de sorte à supprimer les phénomènes d'adsorption et ainsi permettre une mesure précise de la mobilité électrophorétique de ces particules. Il a été montré l'influence de différents paramètres inhérents au choix de l'électrolyte de séparation, dont la force ionique, la nature et la concentration des co-ions et contre-ions ainsi que le pH, sur la mobilité et la dispersion électrophorétique des particules. Une séparation en taille a été obtenue pour des populations de particules de maghémite dont les diamètres moyens (< 10 nm) diffèrent de seulement 2 nm et expliquée à la lumière des théories d'Overbeek-Booth qui tiennent compte de l'effet de relaxation. Une caractérisation précise de la charge de surface de particules cœur/coquille bifonctionnalisées amino-PEG a également été réalisée sur des populations de particules de taille uniforme (~ 40 nm), et corrélée à un taux de greffage effectif. Enfin un protocole de mesure du coefficient de diffusion collectif des particules a été développé, basé sur la théorie de la dispersion de Taylor, permettant de (i) distinguer des populations de particules dont les diamètres moyens (< 10 nm) diffèrent de seulement 2 nm, (ii) mettre en évidence l'existence d'interactions répulsives de nature électrostatique entre particules de même signe de charge, (iii) quantifier ces interactions en fonction de la force ionique du milieu de dispersion. Ces nouvelles méthodes de caractérisation à la fois simples et rapides devraient s'avérer cruciales pour l'optimisation de la conception de nanoparticules fonctionnalisées destinées à des applications biomédicales.

La doxorubicine (DXR) est l'un des médicaments les plus efficaces en chimiothérapie, mais sonapplication clinique est limitée par ses effets cardiotoxiques. Malgré des décennies de recherche, sesmécanismes pathogéniques ne sont toujours pas entièrement compris. Il s'ensuit qu'aucun traitementsatisfaisant, curatif ou préventif, n'existe. Dans cette étude, nous recherchons les mécanismes designalisation cellulaire impliqués. Deux modèles expérimentaux de toxicités, aigue d'une part (coeurisolé et perfusé de rat avec la DXR), et chronique d'autre part (rat traité à la DXR), ont permis deréaliser une étude ciblée (sur les voies de signalisation énergétiques) et deux études systémiques(phosphoprotéomique et transcriptomique). Les résultats combinés de ces travaux ont montré que laDXR modifiait le niveau de phosphorylation (activation) ou l'expression génique de protéinesimpliquées dans trois domaines fonctionnels distincts : métabolisme énergétique, réponses au stress,et structure/fonction du sarcomère. (i) Métabolisme énergétique : nous avons confirmé la surprenanteinhibition de l'AMPK, probablement provoquée par un contrôle négatif exercé par des partenaires designalisation (Akt et ERK), plutôt que par une modification des kinases activatrices en amont. Nousavons également montré l'augmentation du niveau de phosphorylation de la PDH, ce qui, en inhibantl'enzyme, ralentit le cycle de Krebs. Cependant, nous avons également observé un phénomènecompensatoire de surexpression de gènes codant pour des enzymes de la glycolyse et du cycle deKrebs ; (ii) Réponses au stress : dans nos modèles, la DXR génère des stress énergétique,génotoxique et oxydatif. Cependant, seuls quelques mécanismes compensatoires sont activés (lesvoies de signalisation de DNA-PK-Akt-GSK3, diverses chaperonnes). Les autres semblent êtreinhibées suggérant que l'amoindricement des réponses au stress serait un des mécanismes de lacardiotoxicité de la DXR; (iii) Structure/fonction du sarcomère: L'augmentation de la phosphorylationde la desmine ainsi que la réduction du nombre de transcrits codant pour des protéines essentiellesau développement cardiaque normal pourraient être la cause de la désorganisation du réseaumyofibrillaire. En conclusion, ces résultats révèlent potentiellement de nouveaux mécanismes de lacardiotoxicité induite par la DXR et permettent d'envisager de nouvelles cibles moléculaires pour ledéveloppement de stratégies protectrices.

Ce travail étudie le potentiel de l'électrophorèse capillaire couplée à la spectrométrie de masse à ionisation par plasma (ICP/MS) pour le criblage d'une bibliothèque de ligands en fonction de leur affinité pour l'europium en milieu hydro-organique. Cette méthode permet, d'une part, d'évaluer l'affinité des ligands phosphorés en moins de deux heures et en utilisant moins de 15 ng de ligand, et d'autre part, de déterminer les constantes de complexation. Les résultats sont en accord avec ceux obtenus par titrage spectrophotométrique.Parallèlement, une bibliothèque de copolymères pour l'extraction solide/liquide de l'europium a été étudiée. Le protocole d'extraction mis au point permet de les classer selon leur affinité pour celui-ci en milieu hydro-organique et en utilisant 60 mg de copolymère. Pour les plus prometteurs, les propriétés de reconnaissance et la sélectivité La3+/Eu3+/Lu3+ ont été évaluées.

Les pièces en aluminium sont largement utilisées dans le domaine aéronautique en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques. Mais elles nécessitent un traitement de surface pour améliorer leur tenue en corrosion. Soumises à de nouvelles normes sur l'utilisation de produits chimiques et à la prise de conscience de la protection environnementale et humaine, les industries aéronautiques doivent à présent impérativement remplacer les procédés de traitements de surface actuels, devenus obsolètes car incluant des composés CMR. L'objectif de ces travaux de recherche est de développer un traitement de surface par voie liquide, à la fois innovant et conforme à la législation REACH, pour améliorer les propriétés d'anticorrosion des alliages d'aluminium ; le procédé d'élaboration présentement étudié, est composé d'une anodisation poreuse puis d'un colmatage par imprégnation de particules au sein des pores. Un film anodique poreux " modèle " a tout d'abord été élaboré et caractérisé : son épaisseur est de 10 µm, tandis que les pores sont rectilignes et ont un diamètre moyen de 120 nm. Puis, nous avons étudié la synthèse par voie aqueuse, de nanoparticules de boehmite, l'optimisation des différents paramètres de synthèse ayant permis finalement d'obtenir des particules d'une taille inférieure à celle des pores du film anodique. Deux techniques d'incorporation ont ensuite été expérimentées : le trempage-retrait et l'électrophorèse. La compréhension des mécanismes mis en jeu et de l'influence de différents paramètres opératoires, a permis une maitrise des procédés et l'insertion effective de particules. Des caractérisations microstructurales ont en particulier montré que l'insertion de particules est plus aisée dans le cas d'une électrophorèse avec une tension pulsée. Enfin, la mise en œuvre d'un post-traitement hydrothermal après l'imprégnation, a permis d'obtenir un colmatage complet des pores du film anodique, et d'augmenter significativement les propriétés anticorrosion. / Aluminum parts are widely used in the aeronautical field because of their good mechanical properties. But they require a surface treatment to improve their resistance to corrosion. Subject to new standards on the use of chemicals and awareness of environmental and human protection, the aeronautical industry must now replace current surface treatment processes, which have become obsolete because they include CMR compounds. The aim of this research is to develop a surface treatment, both innovative and REACH compliant, to improve the anticorrosion properties of aluminum alloys; the process here studied, is composed of a porous anodization and a sealing by impregnation of particles within the pores. A "model" porous anodic film was first prepared and characterized: its thickness is 10 µm, while the pores are straight and have a mean diameter of 120 nm. Then, we studied the aqueous synthesis of boehmite nanoparticles; the optimization of the synthesis parameters finally allowed to obtain a particle size smaller than the pore diameter. Two incorporation techniques were then tested: dip-coating and electrophoresis. The understanding of the involved mechanisms and of the influence of different operating parameters, allowed a control of the processes and the effective insertion of particles. In particular, microstructural characterizations showed that the particle insertion is easier using pulsed voltage electrophoresis. Finally, a hydrothermal post-treatment after the impregnation, allowed to obtain a complete sealing of the anodic film pores, and to significantly increase the anticorrosion properties.

Les nanodiamants issus de la détonation ont été découverts en URSS dans les années 1960. Cette technique de synthèse permet de générer pendant un temps très court, des hautes pressions et hautes températures. Les particules de diamant formées, possèdent un diamètre moyen de 5nm et disposent d’une riche chimie de surface. Celle-ci a été étudiée et les sites oxygénés ont été quantifiés par diverses méthodes. Ces sites ont ensuite été modifiés par le greffage (par des liaisons covalentes ou métal-ligand) de molécules organiques (porphyrines, phthalocyanines, ...). Des techniques ont été développées afin de déterminer le rendement du greffage chimique. Les matériaux synthétisés ont ensuite été valorisés par leur utilisation comme filtres aux propriétés non-linéaires pour de la protection laser. Les propriétés colloïdales des nanodiamants ont également été étudiées, afin de séparer les agrégats des particules unitaires et procéder à des dépôts contrôlés. Grâce à un procédé présenté dans ce manuscrit, il a été possible de déposer de manière uniforme des particules unitaires de nanodiamant en monocouche extrêmement dense. Ces dépôts ont été utilisés pour l’élaboration de capteurs. / Detonation nanodiamonds were discovered in the early 60’s in URSS. This synthesis technique allows the generation of high pressures and high temperatures in a short duration. The resulting nanodiamond particles have a mean diameter of 5nm and a developed surface chemistry. The surface composition has been determined and the oxygenated sites were quantified by the use of various methods. These sites have been used to graft (by the use of covalent or metal-ligand bonds) different organic molecules (porphyrins, phthalocyanins, …). Different techniques enabled the determination of the chemical grafting yield. The resulting materials have been used as non-linear filters against laser threat.The nanodiamond colloidal properties have also been studied, to separate the aggregates from the unitary particles and well control their deposition. A method has been described in this manuscript, enabling the uniform deposition of unitary nanodiamond particles forming an extremely dense monolayer. These deposits have been used for sensors applications.