Études méthodologiques de l’interaction de peptides membranotropes avec les membranes : relation structure/activité et photomarquage d’affinité couplé à la spectrométrie de masse

Methodological studies of the interaction between membrane-active peptides and membranes : structure/activity relationship and affinity photolabeling coupled to mass spectrometry

• Auteur / Autrice : Marine Cosset
• Direction : Emmanuelle Sachon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des biomolécules (Paris ; 2009-2024)
• Jury : Président / Présidente : Ali Ladram
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Line Bourel-Bonnet, Philippe Bulet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabel Alves, Séverine Zirah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides

Spectrométrie de masse

Peptides vecteurs

Membranes (biologie)

Mots clés libres

Peptide antimicrobien

Peptide pénétrant

Photomarquage d'affinité

Spectrométrie de masse

Membrane lipidique

Relation structure/activité

Antimicrobial peptide

Cell-penetrating peptide

Affinity photolabeling

Mass spectrometry

Lipid membrane

Structure/activity relationship

Résumé

Les peptides membranotropes constituent une famille de peptides qui interagissent avec les membranes biologiques. Parmi ceux-ci, deux ont été étudiés : la Pénétratine (Pen), un peptide pénétrant (CPP), connu pour traverser les membranes sans les perturber et DMS-DA6-NH2, un peptide antimicrobien (AMP) de la famille des Dermaseptines, capable de cibler et détruire les membranes bactériennes. Une étude de relation structure/activité a été entreprise pour comprendre le rôle des différents résidus/régions de la séquence de DMS-DA6-NH2 et optimiser cette séquence en termes d’activité et d’ionisation (longueur et présence de résidu basique) pour son étude en spectrométrie de masse (MS). Différentes substitutions, insertions et/ou délétions ont été étudiées. En parallèle, l’identification des partenaires lipidiques d’interaction de Pen et DSM-DA6-NH2 a été entreprise par photomarquage d’affinité couplé à la MS. Des analogues photoactivables ont été synthétisés en faisant varier la position de la photosonde benzophénone (Bzp) et sa distance au squelette peptidique. Des études de calorimétrie différentielle à balayage ont montré que ces analogues conservaient des propriétés membranotropes. Pour une distance courte les photoadduits sont instables et conduisent à des réactions secondaires de la Bzp. La préférence lipidique des peptides pour des membranes modèles de composition variée est difficile à évaluer si on tient compte de la réactivité de la Bzp sur les positons α-allyliques. L’utilisation d’une photosonde diazirine (Diaz), dont la photoréactivité est différente de la Bzp montre qu’elle pourrait être utilisée en complément de la Bzp pour l’étude des interactions peptide/lipides.

Membrane-active peptides are a family of peptides which interact with biological membranes. Amongst them, two have been studied: Penetratin (Pen), a cell-penetrating peptide (CPP), known to cross membranes in a non-disruptive way, and DMS-DA6-NH2, an antimicrobial peptide (AMP) from the Dermaseptin family, able to target and destroy bacterial membranes. A structure/activity relationship study was undertaken to understand the role of the different residues/regions of the DMS-DA6-NH2 sequence and to optimize this sequence in terms of activity and ionization for its study by mass spectrometry (MS) by modulating the length and amino-acid composition. Different substitutions, insertions and/or deletions have been studied. In parallel, the identification of the lipid interaction partners of Pen and DSM-DA6-NH2 was undertaken by affinity photolabeling coupled to MS. Photoactivatable analogues have been synthesized by varying the position of the benzophenone (Bzp) photoprobe and its distance from the peptide backbone. Differential scanning calorimetry confirmed these analogues retain membrane-active properties. For a short distance between the backbone and the Bzp, the photoadducts generated after UV irradiation are unstable. The lipid preference of peptides for model membranes of varying composition differs depending on the phase state of the membranes. However, Bzp reacts preferentially on α-allylic positions, which makes it impossible to distinguish this reactivity from the preference of peptides for unsaturated lipid partners. To make this distinction, the diazirine probe (Diaz) was used. The results show that Diaz is suitable for the study of peptide/lipid interactions.