Synthèse et caractérisation de nouveaux amphipols, polymères amphiphiles dédiés à l'étude de protéines membranaires
Synthesis and characterization of new amphipols, amphiphilic polymers for the membrane protein study
par Anais MARCONNET sous la direction de Manuela ZOONENS
Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire
ED 562 Bio Sorbonne Paris Cité

Soutenue le mardi 01 octobre 2019 à Université de Paris (2019-....)

Sujets
  • Composés amphiphiles
  • Macromolécules
  • Protéines membranaires
  • Protéines membranaires
  • Solubilisation
  • Surfactants biologiques
  • Tensioactifs
  • Thérapeutique
  • Thérapeutique
Un embargo est demandé par le doctorant jusqu'au 01 octobre 2024
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Mots clés
Amphipols, CyclAPols, ArylAPols, PEGAPols
Resumé
Les protéines membranaires (PMs) jouent un rôle déterminant dans de nombreux processus biologiques essentiels au bon fonctionnement de l'organisme. Impliquées dans de nombreuses pathologies, elles constituent plus de 60 % des cibles thérapeutiques actuelles. Cependant, leur étude s'avérant très souvent délicate, elles représentent moins de 2 % des structures résolues et répertoriées dans la banque de données des protéines (PDB). En effet, les PMs sont conventionnellement extraites de leur milieu lipidique natif en présence de détergents commerciaux permettant leur maintien en phase aqueuse au sein de micelles mixtes mais ne garantissant pas pour autant leur stabilité sur des périodes prolongées. Cette instabilité résulte d'interactions défavorables s'établissant entre la PM et les détergents environnants pour conduire à la dénaturation (entraînant la perte d'activité biologique) et à l'agrégation (générant la précipitation) de la PM compromettant ainsi les études structurales et fonctionnelles. En conséquence, depuis les années 90, de nouveaux systèmes amphiphiles moléculaires (tensioactifs), macromoléculaires (polymères amphiphiles ou amphipols) et supramoléculaires (nanodisques, bicelles...) visant à garantir une meilleure stabilité des PMs extraites de leur membrane native ont été développés. Mon laboratoire d'accueil est le laboratoire pionnier des amphipols dont la version la plus connue est l'amphipol A8-35, dérivé de l'acide poly(acrylique) comportant des chaînes latérales octyle. Ce dernier s'est rapidement révélé comme étant une des alternatives les plus pertinentes aux détergents commerciaux, en formant après échange avec le détergent, de petits complexes PMs-APols stables et de taille bien définie. Plus d'une décennie se sera écoulée avant que certains copolymères du styrène et de l'acide maléique, les SMAs, ne soient connus pour permettre l'extraction et la stabilisation des PMs maintenues alors au sein de structures type lipodisque. Ainsi, dans une première partie de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à l'impact de la nature (linéaire ou cyclique) des chaînes latérales sur les propriétés physicochimiques et biochimiques des amphipols. Nous avons synthétisé de nouveaux amphipols analogues de l'A8-35 comportant des chaînes latérales cycliques aliphatiques (pour obtenir des CyclAPols) ou aromatiques (pour obtenir des ArylAPols). La comparaison de leurs propriétés avec celles des SMAs et l'A8-35, a montré que ces nouveaux composés solubilisaient efficacement différents types de membranes biologiques et stabilisaient les PMs modèles testées. Dans la continuité de la recherche et développement de nouvelles structures, nous nous sommes intéressés à l'impact de la nature (cyclique ou linéaire) des parties polaires sur les propriétés d'un amphipol non chargé. Nous avons pris modèle sur un amphipol neutre (NAPol) dérivant du tris-(hydroxymethyl)acrylamidométhane (THAM) préalablement existant et développé en collaboration avec un laboratoire partenaire. L'hydrosolubilité de ce NAPol étant conférée par la présence de groupement glucose, nous avons envisagé la possibilité de remplacer avantageusement les groupements sucres par des chaînes tétra(éthylène)glycol. Dans la deuxième partie de cette thèse nous avons rapporté tout le travail d'investigation et de synthèse concernant l'élaboration d'un nouvel amphipol (PEGAPol) neutre comportant des groupements polaires linéaires de type poly(éthylène) glycol (PEG). En raison des délais imposés, une seule structure a pu être obtenue. Elle dérive d'une forme polymérisable d'un détergent commercial, le C8E4. L'optimisation de la synthèse de ce PEGAPol ainsi que l'étude de ses propriétés physicochimiques et biochimiques restent des domaines à explorer.