Conception et synthèse de conjugués de type anticorps-particules d'or pour un marquage à haute résolution de cibles moléculaires du vivant

Development of novel probes for high-resolution electron microscopy based on small-sized gold nanoparticle-antibody conjugates

• Auteur / Autrice : Nadja Groysbeck
• Direction : Guy Zuber
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie biologie
• Date : Soutenance le 09/12/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biotechnologie et signalisation cellulaire (Strasbourg ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Andrey Klymchenko
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chantal Pichon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Kévin Braeckmans, Xavier Le Guevel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules

Anticorps

Nanoparticules d'or

Biochimie

Mots clés libres

Nanoparticule d'or

Conjugaison sélective

Cryo-microscopie électronique

Anticorps

Cellule vivantes

Gold nanoparticles

Site-Selective conjugaison

Cryo-electron microscopy

Antibody

Live cells

Résumé

L'imagerie par microscopie électronique (ME) des cellules nécessite des agents de contraste, car les cellules sont constituées d'éléments de faible numéro atomique. Des nanoparticules d'or (AuNPs) de 5 à 15 nm se sont avérées utiles à cet effet et fonctionnalisées avec des anticorps, elles permettent le marquage de protéines cellulaires. En raison d’une augmentation de la résolution d'image en ME et l'avènement de la cryo-ME permettant l'imagerie de cellules dans des conditions proches du natif, les sondes classiques d'anticorps-AuNP (ca. 25 nm de diamètre, non compatible avec les conditions cryogéniques) semblent obsolètes. Pour surmonter ces limitations, nous avons développé de nouvelles sondes basées sur des AuNPs de 1.4 à 2.4 nm qui ont été conjugués de manière sélective à des anticorps et des nanobodies. Les sondes ont été caractérisées pour leur capacité de ciblage et certaines des sondes se sont avérées se lier spécifiquement à leurs cibles à l'intérieur de cellules vivantes. Ces résultats jettent les bases pour localiser des protéines cellulaires à haute résolution dans des conditions quasi-natives par cryo-ME.

Electron microscopy (EM) imaging of cells requires contrast agents, since cells consist of low atomic number elements. 5 – 15 nm gold nanoparticles (AuNPs) providing high opacity to electrons have proven valuable for this purpose and functionalized with antibodies, they permit the labeling of selected cellular proteins. Due to the technical advances of electron microscopes, which resulted in a drastic increase in image resolution, as well as the advent of cryo-EM allowing the imaging of cells under close-to-native conditions, the classical AuNP-antibody probes (ca. 25 nm in diameter, not compatible with cryogenic conditions) appear outdated. To overcome these limitations, we developed novel EM probes based on AuNPs of 1.4 – 2.4 nm that were site-selectively conjugated to antibodies and nanobodies. The probes were intensively characterized for their targeting ability and delivered into living cells to examine their fate. Certain of the probes proved to specifically bind to their targets inside living cells, which builds the ground for future cryo-EM studies permitting the pinpointing of cellular proteins at high resolution under quasi-native conditions.