Utilisation de la maurocalcine dans des applications de délivrance intracellulaire de molécules ou de nanoparticules

The use of maurocalcine in applications for the intracellular delivery of molecules or particles

• Auteur / Autrice : Eloi Kamugisha Bahembera
• Direction : Michel De Waard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie
• Date : Soutenance le 18/11/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences de Grenoble
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe 3 : Canaux calciques, Fonctions et Pathologies
• Jury : Président / Présidente : Gilles Faury
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peter Reiss, Jean-Marc Sabatier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hervé Darbon, Guillaume Sandoz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Scorpionidae

Nanoparticules

Peptides

Mots clés libres

Maurocalcine

Nanobiodétecteurs de Ca2+

Pénétration cellulaire

Hadrucalcine

Quantum dots

Nanoparticules

Maurocalcine

Ca2+ nanobiosensors

Cell penetration

Hadrucalcine

Quantum dots

Nanoparticles

Résumé

La Maurocalcine (MCa), excellent peptide de pénétration cellulaire (CPP, Cell Penetrating Peptide) issu du venin de scorpion, présente un grand intérêt pour des applications d'administration intracellulaire de molécules ou de nanoparticules expérimentales ou thérapeutiques. Afin de développer ces applications, le peptide a auparavant subi une série d'optimisations, dont la suppression de l'activité biologique native et l'élimination des ponts disulfures intramoléculaires. Dans le présent travail, nous avons poursuivi l'optimisation du peptide par la réduction de la taille. Ensuite, nous avons développé une des applications possibles du peptide consistant en la vectorisation d'un nanobiodétecteur du Ca2+ intracellulaire.La taille de la MCa native (33 résidus) est plus longue que celle des CPPs populaires, telles que la Tat et la pénétratine (13 et 16 résidus, respectivement). Pour réduire la taille du peptide, nous avons procédé à la troncation de la MCa linéaire antérieurement conçue. Douze nouveaux puissants CPPs de taille réduite ont été produits, dont la MCaUF1-9 qui s'est révélée la plus efficace de tous à de faibles concentrations. Le CPP MCaUF1-9 paraît donc très intéressant pour des applications utilisant de faibles concentrations. La caractérisation approfondie de la MCaUF1-9 a montré sa meilleure efficacité en pénétration cellulaire comparativement à Tat, à pénétratine, et à de petits analogues dérivés des peptides de la même famille de calcine, à l'exception de l'hadrucalcineUF1-11 (HadUF1-11) et de l'hadrucalcineUF3-11 qui se sont révélés plus performants.En guise d'application, l'analogue le plus efficace en pénétration cellulaire, l'HadUF1-11, a été efficacement utilisé comme vecteur pour la délivrance intracellulaire d'un nanobiodétecteur du Ca2+ cytoplasmique formé d'un quantum dot recouvert des molécules indicatrices de Ca2+(CaRuby).Les petits analogues de MCa (dérivés de MCa ou des autres peptides de la famille de calcine) pourraient être des CPPs de choix pour divers types d'applications de délivrance intracellulaire. Pour le confirmer (ou l'infirmer) leur caractérisation extensif est nécessaire.Mots clés: Maurocalcine, hadrucalcine, nanoparticules, quantum dots, pénétration cellulaire, nanobiodétecteur de Ca2+.

The Maurocalcine (MCa), an excellent cell penetrating peptide (CPP) from the scorpion venom, presents a real interest for the development of applications for the intracellular delivery of experimental or therapeutic molecules or particles. In order for these applications to be developed, the peptide previously underwent a series of optimization processes, such as the suppression of native biological activity and the removal of intramolecular disulfide bonds. In this research, we carried on the optimization by reducing the size of the MCa and then developed one among other possible applications of this peptide which consists of the vectorization of the intracellular Ca2+ nanobiosensor.The native size of MCa (33 residues) is much longer than the size of popular CPPs such as Tat and penetratin (13 and 16 residues, respectively). To reduce the size of the peptide, we truncated the previously designed linear MCa. Twelve new powerful small CPPs were produced, among which the MCaUF1-9 that was the best in cell penetration at low concentrations. Thus, the MCaUF1-9 appears very interesting for applications that require low concentrations. The MCaUF1-9 was further characterized and happened to be more efficient in cell penetration than the Tat, the penetratin, and other small analogous peptides derived from the peptides belonging to the same family as the MCa's, except from the hadrucalcineUF1-11 (HadUF1-11) and the hadrucalcinUF3-11 which showed best performance.As application, the most efficient analogous in cell penetration, the HadUF1-11, was efficiently utilized as a vector for the intracellular delivery of an intracellular Ca2+ nanobiosensor composed of a quantum dot coated with Ca2+ indicator (CaRuby) molecules.Small MCa analogous (derived from MCa or the other peptides of the calcine family) might be the choice CPPs for diverse intracellular delivery applications. In order to confirm this, their extensive characterization is necessary.Key words: Maurocalcine, hadrucalcine, nanoparticles, quantum dots, cell penetration, Ca2+ nanobiosensor.