Thèse soutenue

Etude de l'adsorption de protéines sur des monocouches de silanes et de leur impact sur la reconnaissance moléculaire, par simulation de dynamique moléculaire

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Auteur / Autrice : Solène Lecot
Direction : Magali Phaner-GoutorbeChristelle Yeromonahos
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des matériaux
Date : Soutenance le 08/11/2021
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
Laboratoire : Institut des Nanotechnologies de Lyon (Ecully, Rhône)
Jury : Président / Présidente : Karine Masenelli-Varlot
Examinateurs / Examinatrices : Magali Phaner-Goutorbe, Christelle Yeromonahos, Elisabeth Charlaix
Rapporteurs / Rapporteuses : Florent Barbault, Sophie Sacquin-Mora

Résumé

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Des dispositifs de diagnostic clinique prometteurs reposent sur la capture de l’analyte à détecter par reconnaissance moléculaire, grâce à des protéines immobilisées sur une surface. Cependant, l’adsorption sur une surface peut engendrer à des changements de conformation dans la structure de la protéine, conduisant à une perte de bioactivité. Les monocouches auto-assemblées de molécules de silane sont largement utilisées pour fonctionnaliser les surfaces de SiO2. Notre objectif est de déterminer l’impact de la charge du groupement terminal et de la longueur de la chaîne alkyle, qui modifient la charge et l’hydrophobicité de la surface, sur la conformation de la protéine adsorbée et sur ses interactions avec un ligand ou une autre protéine. Les simulations de dynamique moléculaire sont bien adaptées pour étudier l’adsorption des protéines, car elles renseignent sur les interactions protéine - surface et sur les changements de conformation à l’échelle atomique. De plus, les simulations de dynamique moléculaire dirigées, ou steered molecular dynamics (SMD), qui modélisent la spectroscopie à force atomique (AFM), apportent des informations complémentaires concernant la force des interactions ligand - récepteur et leur dynamique. Un système de dynamique moléculaire a été développé (Gromacs, champ de force adapté de OPLS tout-atome). La structure des différentes monocouches de silanes, variant par leur densité et la nature des molécules de silane (longueur de la chaîne alkyle, charge du groupement terminal) a été étudiée et validée qualitativement par des expériences de FTIR et d’XPS. Par ailleurs, l’organisation des molécules d’eau et des ions à l’interface a été analysée. Ensuite, l’adsorption de la streptavidine sur des monocouches de silanes et son impact sur les interactions avec la biotine ont été étudiés. Il a été démontré que l’adsorption de la streptavidine engendre des changements de conformation qui dépendent du type de monocouche de silanes. En couplant simulations de dynamique moléculaire et simulations SMD, le type de monocouche de silanes le plus adapté pour immobiliser la streptavidine tout en préservant ses interactions avec la biotine a été identifié. La même méthodologie a été appliquée pour étudier l’adsorption du récepteur cellulaire ACE2 sur des monocouches de silanes et son effet sur les interactions avec le domaine de liaison au récepteur de la protéine spike du SARS-CoV-2.