Développement de nouvelles sondes pour l'analyse par RMN des fonctions cellulaires des biomolécules

Developpment of new probes for NMR based analysis of biomolecules’ cellular functions

• Auteur / Autrice : Laetitia Fernandes
• Direction : Paul Vasos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 24/09/2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie et de Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Carine Tisné
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paul Vasos, Carine Tisné, Ewen Lescop, Daniel Abergel, Laurence Le Moyec, Fatiha Kateb, Jens Dittmer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ewen Lescop, Daniel Abergel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomolécules

Cellules

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Mots clés libres

RMN

Relaxation

LLS

LLC

C-Src

IDP

IκBα

Dissolution-DNP

RMN dans les cellules

NMR

Relaxation

LLS

LLC

C-Src

IDP

Phosphorylation

IκBα

DNP

HepG2

Résumé

La compréhension des interactions intra- et inter-moléculaires à l’échelle atomique représente un enjeu scientifique important. A l’heure actuelle, les techniques de RMN ont déjà prouvé leur efficacité pour l’analyse de ces interactions in vitro, dans les solutions tampons. Toutefois, il a également été montré que la plupart des biomolécules ont une structure et une dynamique différentes in vivo, à l’intérieur des cellules, de celle in vitro. Il est donc crucial d’analyser les biomolécules dans leur milieu naturel, la cellule. Récemment, les progrès dans le domaine de la RMN dans les cellules ont permis de mieux comprendre la dynamique et les interactions des biomolécules présentes dans le milieu cellulaire complexe. Cependant, la biomolécule étudiée étant présente en faibles concentrations, elle possède un faible signal sur le spectre RMN, qu’il est difficile de suivre. De plus, du fait de la forte viscosité du milieu cellulaire, la relaxation rapide de l’aimantation transverse se traduit par un élargissement des raies spectrales. L’utilisation des états de spin à longs temps de vie et de la Polarisation Dynamique Nucléaire suivie par la dissolution de l’échantillon (dissolution-DNP) pourraient permettre de pallier aux problèmes d’élargissement de raies et de sensibilité. L’objectif de ce travail de thèse a été d’explorer les bénéfices des ces avancées récentes de la RMN pour l’étude des petites molécules, peptides et protéines à l’intérieur des cellules. Pour la protéine c-Src, qui appartient à la classe des protéines intrinsèquement désordonnées (IDP), la dynamique de l’ensemble des conformations de l’extrémité N-terminale a été suivie utilisant des états de spin à longs temps de vie LLS. Le signal du noyau de carbone-13 de la molécule de pyruvate a été augmenté utilisant la Polarisation Dynamique Nucléaire (DNP) afin de mieux l’observer dans le milieu cellulaire. Un peptide représentatif pour la partie active d’une autre protéine, IκBα, a été introduit dans des cellules HepG2 par l’électroporation. Les observations faites lors des ces expériences sont discutées dans la perspective de faciliter les études RMN des biomolécules à l’intérieur des cellules.

Most NMR studies are carried out in vitro, but the structure and dynamics of some biomolecules inside cells differ from those in vitro. It thus becomes interesting to analyze biomolecules such as proteins in their natural environment: the cell. Recent progress of in cell NMR allowed to better understand the behaviour of proteins: their dynamics and their interactions with other biomolecules in the cell. But the low concentration of proteins leads to low signal intensity. Moreover, the viscosity of the environment induces faster transverse relaxation, resulting in line broadening for proteins signals. The use of the Long-Lived States and Coherences (LLS and LLC, respectively) as well as dissolution Dynamic Nuclear Polarization (dissolution-DNP) can improve NMR observations in cells. LLS were used to understand and characterize the structure of the N-terminal domain of c-Src, which is intrinsically disordered. To follow the phosphorylation of proteins, a first preliminary study of a 21-aa peptides derived from IKBα electroporated into HepG2 cell lines was carried out.