Production et caractérisation de deux protéines inspirées de Mrcp19k de la matrice adhésive de la balane Megabalanus rosa

Design and investigation of two proteins inspired by Mrcp19k from the adhesive matrix of Megabalanus rosa barnacle

• Auteur / Autrice : Amel Benabdi
• Direction : Charlotte Vendrely, Cédric Picot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé - Cergy
• Date : Soutenance le 17/04/2023
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipe de recherche sur les relations matrice extracellulaire-cellules (Cergy-Pontoise, Val d'Oise ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Franz Bruckert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charlotte Vendrely, Cédric Picot, Franz Bruckert, Arnaud Ponche, Manuel Dauchez, Muriel Braccini, Bertrand Friguet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Ponche, Manuel Dauchez

Mots clés

Mots clés libres

Biomimétisme

Auto-Assemblage

Adhésion

Surfaces

Biomimicry

Protein self-Assembly

Adhesion

Surfaces

Résumé

Certains organismes marins comme les moules et les balanes sécrètent une matrice adhésive à base de protéines leur permettant d'adhérer en permanence sous l'eau. Cette colle est nécessaire pour leur développement et leur survie, est appelée ciment chez les balanes. Il est composé principalement de protéines qui s'auto-assemblent sous forme de fibres amyloïdes. Les protéines de la balane Megabalanus rosa ont été identifiées et nommées Mrcp pour Megabalanus rosa cement protein. La séquence peptidique de Mrcp19k est particulièrement riche en répétitions constituant un modèle idéal pour la conception de protéines biomimétiques en vue de développer un nouvel adhésif bioinspiré. Pour cela, nous avons conçu des protéines inspirées de Mrcp19k nommées M19-2, composée de deux répétitions de motifs nommés M19S & M19V et M19-4, composée de quatre répétitions de M19S & M19V. Nous avons produit et purifié ces protéines recombinantes puis caractérisé leur capacité à s'auto-assembler. Par spectroscopie de fluorescence et dichroïsme circulaire, nous démontrons que ces protéines sont capables de s'auto-assembler sous forme de fibres amyloïdes sur certaines surfaces de contact et suivant des paramètres physico-chimiques spécifiques. Ces résultats sont confortés par une analyse de la morphologie des fibres réalisée à l'aide de la microscopie à force atomique. L'étude de l'adsorption de ces protéines réalisée par résonnance plasmonique de surface montre que ces dernières s'adsorbent sur une surface de nature hydrophobe. L'étude des propriétés adhésives des fibres de M19-2 et M19-4 concentrées a été réalisée sur des supports de nature différentes. Nos résultats mettent en évidence le caractère adhésif de ces fibres sur des surfaces en verre et en polystyrène. L'étude de viabilité des fibroblastes WI-38 SV40 ensemencées sur des surfaces recouvertes de la protéine M19-2 sous différentes formes a été réalisée. Nos résultats montrent qu'après 24h, les cellules WI-38 SV40 restent viables sur ces revêtements de protéine M19-2 sous forme native et fibrillaire. En perspective, il est primordial d'améliorer la capacité de résistance des colles de M19-2 et M19-4.

Some marine animals such as mussels and barnacles secrete a protein based adhesive matrix to achieve successfully the adhesion underwater. This glue is necessary for their development and survival, is named cement in barnacles. It's composed mainly of proteins that self-assemble into amyloid fibers. The proteins of the barnacle Megabalanus rosa have been identified and named Mrcp for Megabalanus rosa cement protein. The peptide sequence of Mrcp19k is particularly rich in repetitions providing an ideal template for designing biomimetic proteins to develop a novel bioinspired adhesive. To this purpose, we first designed Mrcp19k-inspired proteins named M19-2, composed of two repeats of M19S & M19V and M19-4, composed of four repeats of M19S & M19V. We synthesised and purified these recombinant proteins and characterised their ability to self-assemble. By fluorescence spectroscopy and circular dichroism, we show that these proteins are able to self-assemble into amyloid fibers on particular contact surfaces and under specific physicochemical parameters. These results are supported by an analysis of fibers morphology by atomic force microscopy. The study of the adsorption of these proteins performed by surface plasmon resonance shows that they are adsorbed on a hydrophobic surface. The study of the adhesive properties of concentrated M19-2 and M19-4 fibers was achieved on various supports. Our results show the adhesive capacity of these fibers on both glass and polystyrene surfaces. The viability of WI-38 SV40 fibroblasts seeded on surfaces coated with M19-2 protein in different structures was investigated. Our results show that after 24 hours, WI-38 SV40 cells are viable on these native and fibrillar M19-2 protein coatings. In the perspective, it is important to improve the resistance capacity of M19-2 and M19-4 adhesives.