Biophysical studies of peptide hormone aggregation and self-assembly : from functional amyloids to physiologically relevant model systems

Les fibres amyloïdes sont des arrangements supramoléculaires linéaires non ramifiés résultant de l'autoassemblage organisé de protéines dans des structures quaternaires en feuillets-β-croisés. Les fibres amyloïdes ont été initialement associées à différentes pathologies, bien que des assemblages amyloïdes présentant des fonctions essentielles aux processus physiologiques aient été identifiés chez la majorité des organismes vivants. Parmi les polypeptides associés aux amyloïdes, il a été démontré que les hormones peptidiques forment des amyloïdes à la fois pathologiques et fonctionnels. En plus de ces deux amyloïdes biologiques, les formulations peptidiques sont également sujettes à l'autoassemblage et à l'agrégation, ce qui réduit la stabilité, l'efficacité et la biosécurité du médicament. La formation d'amyloïde par les hormones peptidiques est donc un domaine d'intérêt particulier, mais il demeure difficile de décrire avec précision en raison de la nature dynamique du processus et de sa complexité. Actuellement, il existe un besoin urgent non seulement d'améliorer notre compréhension de la progression par laquelle les amyloïdes se forment, mais également de développer de nouvelles approches et de nouveaux outils pour étudier le processus de formation d'amyloïde dans des conditions biologiques incorporant d'autres biomolécules connues pour co-agréger, tels les glycosaminoglycanes (GAG) et les phospholipides. L'objectif principal de cette thèse est de développer des stratégies innovantes pour étudier les processus et les facteurs affectant l'agrégation des hormones peptidiques en fibres amyloïdes. Deux hormones peptidiques ont été utilisés dans cette étude. Tout d'abord, le pituitary adenylate activating polypeptide (PACAP), un peptide cationique hautement soluble qui a été postulé pour exister sous forme d’amyloïdes réversibles à l'intérieur de granules sécrétoires, a été utilisé pour représenter les amyloïdes fonctionnels. Deuxièmement, l’islet amyloid polypeptide (IAPP) dont l'agrégation et le dépôt pancréatique sont associés au diabète de type 2 a été utilisé comme modèle d'amyloïdes pathologiques. Trois objectifs spécifiques ont été ciblés : 1) décrire le mécanisme par lequel les GAG stimulent l'autoassemblage du PACAP, 2) établir des modèles de bicouche lipidique biologiquement pertinents pour évaluer les perturbations de la membrane plasmique induites par l'autoassemblage de IAPP, et 3) expliquer les sources de variation expérimentale au cours de la cinétique de l'assemblage amyloïde in vitro. Contrairement aux mécanismes classiques de formation principalement déduits d'amyloïdes pathologiques, le PACAP a formé des gouttelettes denses et séparées en phases où l'autoassemblage a été initié. Ni les gouttelettes, ni les fibres de PACAP ne se sont révélées cytotoxiques, ce qui appuie l'hypothèse d’amyloïde fonctionnel. Ensuite, un nouvel essai à base de FRET a été développé pour détecter les perturbations membranaires induites par l'IAPP à l'aide de vésicules de membrane plasmique de cellules eucaryotes, surmontant les limites des modèles synthétiques traditionnels. Enfin, le test standard sur microplaque souvent utilisé pour décrire la cinétique de la formation d'amyloïde s'est avéré hautement sensible aux conditions expérimentales - la fréquence et le nombre de mesures étaient des sources d'agitation confondantes modulant la cinétique. Ces résultats donnent non seulement un aperçu des mécanismes sous-jacents des amyloïdes physiologiques, mais fournissent également des outils innovants pour étudier l'amyloïdogenèse, comblant l’écart entre les processus biologiques in vivo et l'étude biophysique de l'amyloïde in vitro. Ces approches et les informations tirées de ces travaux s'avérent des contributions précieuses à l'étude de l'amyloïde dans des conditions biologiquement pertinentes. \n_____________________________________________________________________________ \nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Islet amyloid polypeptide, pituitary adenylate cyclase activating polypeptide, érythrocytes, vésicules de membranes plasmiques géantes, glycosaminoglycanes

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