Étude des mécanismes d'internalisation des peptides pénétrants.

Towards the Internalization Mechanisms of Cell Penetrating Peptides

• Auteur / Autrice : Jean-Marie Swiecicki
• Direction : Solange Lavielle, Fabienne Burlina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 29/10/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Dufourc, Luc Lebeau, Alain Prochiantz, Germain Trugnan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phospholipides

Lipopeptides

Mots clés libres

Peptide pénétrant

Lipopeptide

Vésicule

Phospholipide

Flip-Flop

Extinction de fluorescence

Cell penetrating peptides

Phospholipids

Résumé

Les peptides pénétrants (CPP) se caractérisent par deux propriétés : ils pénètrent dans l'espace intracellulaire et favorisent l'internalisation de cargaisons moléculaires auxquelles ils sont associés. Si les CPP sont très utilisés comme vecteurs en recherche fondamentale, la méconnaissance des mécanismes de pénétration et de leurs distributions intracellulaires limite leur utilisation thérapeutique. Il est admis que les CPP et leurs cargaisons sont internalisés par transport actif (endocytose) et par transport passif (translocation directe). J'ai étudié la translocation directe à l'échelle moléculaire en utilisant des membranes modèles. Les CPP usuels sont internalisés et permettent l'accumulation de cargaisons dans des vésicules unilamellaires. J'ai alors démontré que la translocation directe se déroule via la formation de complexes neutres et hydrophobes CPP-phospholipides.La pénétration intracellulaire des CPP est le plus souvent étudiée par microscopie confocale. J'ai démontré que des fortes concentrations locales de CPP induit une auto-inhibition de leur fluorophore. Cet artefact a conduit à des erreurs d'interprétation dans la littérature quant à la localisation des CPP. Un protocole permettant de révéler la fluorescence éteinte a été proposé et conduit à réévaluer la localisation subcellulaire des CPP ainsi que l'importance relative des mécanismes d'internalisation.Ces résultats ont permis de développer rationnellement de nouveaux vecteurs pénétrants : les oligoarginines acylées par des chaînes grasses dont des insaturations sont de stéréochimie cis. Leur internalisation passive particulièrement importante conduit à la libération de la cargaison dans le cytosol.

Cell penetrating peptides (CPPs) are short cationic sequences capable of shuttling bioactive cargoes into eukaryotic cells. If CPPs are common delivery tools in basic research, their therapeutic use is currently limited because their internalization mechanisms and intracellular distributions remain to be elucidated. In living cells there is evidence for both endocytosis of the CPPs and for “direct translocation”, an energy-independent uptake pathway. I analyzed the direct translocation phenomenon at the molecular level with model membranes. CPPs are internalized into large unilamellar vesicles and trigger the internalization of various cargoes. I then demonstrated that direct translocation occurs through membranes via the formation of a neutral and hydrophobic CPP-anionic phospholipids complex. CPPs internalization is mostly analyzed by confocal microscopy. I demonstrated that fluorescence self-quenching occurs if fluorescently labeled CPPs are locally too concentrated. This severe artifact led to misinterpretation of the subcellular distribution of CPPs. I developed a reliable procedure to avoid this artifact and ranked subcellular regions of living cells depending on their CPP concentration. As a result, I was able to rationalize the subcellular distribution of CPPs and to deduce their penetration mechanisms. The studies that I performed provided valuable information that I used to design a new family of delivery vectors: minimalist oligoarginines peptides acylated by unsaturated fatty acids (cis unsaturations). The direct translocation of these lipopeptides is particularly important yielding to an efficient delivery of a cargo inside the cytosol of living cells.