Étude de la dynamique d'assemblage de protéines et peptides par nanopore unique

par Raphael Chabas

Projet de thèse en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux

Sous la direction de Sébastien Balme et de Philippe Sistat.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques , en partenariat avec IEM - Institut Européen des Membranes (laboratoire) et de DM3 - Design des Matériaux Membranaires et systèmes Multifonctionnels (equipe de recherche) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    Cette thèse s'inscrit dans la continuité de nos précédents travaux concernant la détection d'amyloide par nanopore unique. Le principal objectif sera de proposer une méthodologie complète permettant l'analyse de la fibrillation de protéines. Cette méthode permettra de réaliser des analyses cinétiques de formation d'amyloïdes dans différentes conditions (pH, sel, éthanol etc..) ou encore de pouvoir tester simplement des agents promoteurs (chondroïtine sulfate, heparan sulfate) ou inhibiteurs (polyphénol). Cette méthode nous permettra de répondre à plusieurs questions biologiques autour de la cinétique de formation de différentes populations d'agrégats et de leur morphologie, ces dernières ayant un impact important sur la toxicité des agrégats de protéines. À côté de l'aspect développement d'une nouvelle méthode d'analyse, nous souhaitons étudier en détail l'impact du degré de maturation des agrégats sur leurs propriétés de diffusion et leurs capacités à se déformer. Cette étude permettra de comprendre comment ces assemblages diffusent dans les milieux confinés. Cet aspect pourrait permettre de mieux comprendre les paramètres qui favorisent l'accumulation des amyloïdes et donc la formation des plaques dans les milieux biologiques. Le projet s'appuiera sur une approche expérimentale soutenue par des simulations numériques. Nous utiliserons des nanopores uniques de géométrie conique obtenus par la méthode de traces attaquées. L'intérieur des nanopores sera fonctionnalisée afin de limiter l'adsorption non spécifique. La détection des objets sera effectuée par la méthode de pulse de résistance. Cette dernière consiste à enregistrer les perturbations du courant induit par le passage d'un objet (ici les fibrilles à différents stades de maturité) soumis à un champ électrique. Ces perturbations sont caractérisées par leurs amplitudes, leurs temps et leurs fréquences qui sont dépendants des propriétés de l'objet. Afin d'assigner les perturbations de courant avec les morphologies des objets, nous effectuerons des simulations numériques en éléments finis basées sur la résolution des équations Poisson-Nernst-Planck et Stokes.

  • Titre traduit

    Single nanopore to study the dynamic of peptid and protein assembly


  • Résumé

    This thesis follows our previous work on the detection of amyloid by single nanopore. The main objectives will be to propose a complete methodology allowing the analysis of protein fibrillation. This method will allow to study the kinetic of amyloid formation under different conditions (pH, salt, ethanol, etc.) or using promoter agents (chondroitin sulfate, heparan sulfate) or inhibitors (polyphenol). This method will provide answer several biological questions about the kinetics of different populations of aggregates growth and their morphology, the latter having a significant impact on the toxicity of protein aggregates. Alongside the development aspect of a new method of analysis, we expect to study the impact of the degree of maturation of aggregates on their diffusion properties and their flexibility. We expect to characterize on how these assemblies diffuse in confined environments. This aspect could lead to a better understanding of the parameters that favor the accumulation of amyloids and therefore the formation of plaques in biological media. The project will be based on an experimental approach supported by numerical simulations. We will use conical single nanopore obtained by the track-etched technique. The inner wall of the nanopores will be functionalized to limit non-specific adsorption. The detection of protein assembly will be performed by the resistance pulse method. The latter consists in recording the current pertirbation induced by the translocation of an object (here the fibrils at different stages of maturity) under electric field. These perturbations are characterized by their amplitudes, their times and their frequencies which are dependent on the properties of the object. In order to assign the current perturbation to the morphology of the protein assembly, we will perform finite element numerical simulations based on the Poisson-Nernst-Planck and Stokes equations solving.