Optimisation de nanostructures plasmoniques pour la détection et la caractérisation structurelle des protéines par Diffusion Raman Exaltée de Surface

Optimization of plasmonics nanostructures for detection and characterization of proteins structure by Surface Enhanced Raman Scattering

• Auteur / Autrice : Maximilien Cottat
• Direction : Marc Lamy de la Chapelle, Christine Le Roy, Nathalie Lidgi-Guigui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 12/12/2014
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Chimie bioorganique, biophysique et biomatériaux pour la santé (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Barchiesi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Oudar, Xavier Troussard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sophie Lecomte, Nordin Felidj

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance plasmonique de surface

Raman, Effet augmenté en surface

Phosphorylation

Biocapteurs

Protéines

Mots clés libres

Protéines / structure

Protein / structure

Résumé

Les protéines jouent un rôle important dans les cellules, via leur activité enzymatique et les interactions qu’elles mettent en jeu. Ces fonctions sont principalement basées sur la structure des protéines. Afin de détecter leur présence, et de caractériser leur structure, nous nous sommes appuyés sur les propriétés optiques des nanostructures. La résonance des plasmons de surface localisés (RPSL), ainsi que la diffusion Raman exaltée de surface(DRES), nous ont permis de détecter différentes protéines. Une optimisation des nanostructures nous a également permis de concevoir un biocapteur basé sur la DRES, qui soit sensible, reproductible et spécifique. En effet, la détection spécifique d’un biomarqueur pathologique, la protéine Manganèse Super Oxide Dismutase (MnSOD), a été réalisée grâce à l’utilisation de nanostructures optimisées et fonctionnalisées avec un aptamère (séquence ADN). Avec ce système, nous avons démontré la détection de la MnSOD à des concentrations physiologiques dans des fluides corporels comme le sérum et la salive. Enfin, l’étude de la structure de la protéine Spleen Tyrosine kinase (Syk), par DRES, nous a permis de mettre en évidence un réarrangement structurale de Syk lors de sa phosphorylation. Une étude complémentaire par Western Blot montre que son activité kinase est dépendante de son état de phosphorylation indiquant que la structure et l’activité de Syk sont liées. L’ensemble de ces travaux contribue à une meilleure connaissance de l’interface entre la physique et la biologie.

Proteins play an important role in cells via their enzymatic activity and the irinteractions. Their functions are mainly based on the protein structure. In order to detect their presence and to characterize their structure, we used optical properties of nanostructures. The localized surface plasmon resonance (LSPR), as well as the surface enhanced Raman scattering (SERS), allowed us to detect various proteins. We also optimized nanostructures to build a sensitive, reproducible and specific biosensor based on SERS. Indeed, specific detection of one pathological biomarker, the Manganese Super Oxide Dismutase (MnSOD) protein, was investigated by using optically optimized and aptamer-functionalized nanostructures. Using this system, we were able to detect the MnSOD at physiological concentration in body fluids, such as serum and saliva. Finally, the structural study of the Spleen Tyrosine kinase (Syk) protein by SERS, allowed us to demonstrate that its structure varied with its phosphorylation levels. A complementary Western Blot analysis showed that the Syk kinase activity depended also on its phosphorylation state, meaning that the structure and the activity of Syk were linked. Altogether, these data contributed to a better understanding of the interface between physics and biology.