Mécanismes d'interaction membranaire et de pénétration cellulaire de peptides vecteurs

Mechanisms of membrane interaction and cellular penetration of vector peptides

• Auteur / Autrice : Sonia Khemaissa
• Direction : Sandrine Sagan, Astrid Walrant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire
• Date : Soutenance le 19/12/2023
• 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 : Frédéric Lemaître
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Deshayes, Cyrille Grandjean
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Amblard, Dulcé Papy-Garcia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Luminescence

Spectrométrie de masse

Glycosaminoglycanes

Tryptophane

Cellules -- Interaction

Peptides vecteurs

Mots clés libres

Interactions π-paires d'ions

Peptides pénétrants

Tryptophane

Glycosaminoglycanes

Spectrométrie de masse

Luminescence

Ionpair-Π interactions

Cell Penetrating Peptides

Tryptophan

Glycosaminoglycans

Mass spectrometry

Luminescence

Résumé

Les CPP (Cell Penetrating Peptides) sont des peptides ayant des capacités de pénétration et de transport dans les cellules. Il s’agit de peptides constitués de moins de 30 acides aminés possédant généralement un caractère cationique en raison de la forte occurrence de résidus basiques et parfois amphipathique. Toutefois, cette internalisation s'effectue de manière non sélective quelle que soit la lignée cellulaire. On distingue deux grands mécanismes pour l’entrée des CPP dans les cellules : l’endocytose et la translocation. L’endocytose fait appel à la machinerie cellulaire tandis que la translocation implique une perturbation transitoire de la bicouche lipidique. Quelle que soit la voie d’entrée empruntée, le processus d'internalisation requiert toujours comme première étape une interaction avec des partenaires membranaires à la surface des cellules, à savoir des lipides et des glycosaminoglycanes (GAG). Cependant, le mécanisme d’internalisation des CPP fait l’objet de nombreux débats au sein de la communauté scientifique. L’objectif de ce travail de thèse a été de conférer des clés permettant de mieux appréhender le mécanisme d’internalisation. Il s’est agi dans un premier temps d’étudier l’implication des GAG dans le mécanisme d’internalisation. Pour étudier ce point, des peptides chimères constitués d’une séquence de reconnaissance d’un type de GAG et d’une séquence CPP ont été conçus. La quantification de l’internalisation a été réalisée dans différentes lignées cellulaires dont la composition en GAG ainsi que leur proportion à la surface varient très fortement. La contribution du Trp dans les interactions des CPP a également été étudiée. Pour étudier ce point, les trois résidus Trp de la séquence RW9 (RRWWRRWRR-NH2) ont été substitués par d’autres acides aminés ou par des analogues de Trp aux propriétés physico-chimiques variées. Enfin, le dernier axe de cette thèse s’est attaché au développement d’une nouvelle technique de quantification de l’internalisation des CPP localisés dans le cytosol à température physiologique, basée sur la complémentation de protéines luminescentes.

CPPs (Cell Penetrating Peptides) are peptides with cell penetration and transport faculties. These peptides, containing less than 30 amino acids, are generally cationic due to the high occurrence of basic residues and sometimes amphipatic. However, this internalization is non-selective, whatever the cell line. There are two main mechanisms for CPPs uptake: endocytosis and translocation. Endocytosis relies on cellular machinery, while translocation involves transient disruption of the lipid bilayer. Whatever the route of entry, the first step in the internalization process is always an interaction with membrane partners on the cell surface, namely lipids and glycosaminoglycans (GAGs). However, the mechanism of CPP internalization is the subject of much debate in the scientific community. The aim of this thesis was to provide keys for a better understanding of the internalization mechanism. The first step was to study the involvement of GAGs in the internalization mechanism. To investigate this point, chimeric peptides containing a GAG recognition sequence and a CPP sequence were designed. Quantification of internalization was carried out in different cell lines with variations in GAG composition and proportion. The contribution of Trp to CPP interactions was also investigated. To do so, the three Trp residues in the RW9 sequence (RRWWRRWRR-NH2) were substituted by other amino acids or by Trp analogues with different physico-chemical properties. Finally, the last part of this thesis focused on the development of new techniques for cytosolic CPPs quantification at physiological temperature, based on the complementation of luminescent proteins.