Nouvelle génération de colonnes capillaires ouvertes de dimension micronique pour l’analyse protéomique basées sur la fonctionnalisation de surface

New generation of micron size open tubular column based on surface functionalization for proteomic analysis application

• Auteur / Autrice : Samira Zemmour
• Direction : Christian Rolando, Mustapha Benmouna, Caroline Tokarski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 04/04/2013
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Miniaturisation pour la synthèse, l'analyse et la protéomique (MSAP)
• DOI : 10.70675/a17d71abz37aez445dz81bcz5547260ac700

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chromatographie en phase liquide

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Copolymères greffés

Protéines -- Séparation

Phase stationnaire (chromatographie)

Impression moléculaire

Spectrométrie de masse

Chromatographie d'affinité

Mots clés libres

Colonnes capillaires ouvertes

Brosses de polymères

Résumé

La miniaturisation des systèmes séparatifs est en plein développement aujourd’hui. Cette évolution se justifie par le très faible volume de l’échantillon et la nécessité croissante de gagner du temps d’analyse. Cette thèse comporte deux parties. La première partie consiste à développer une nouvelle génération de colonnes capillaires ouvertes (« open tubular ») de dimension micronique basées sur la fonctionnalisation de surface et de caractériser leurs propriétés en analyse protéomique pour la séparation de digests peptidiques par chromatographie liquide en phase inverse. La fonctionnalisation de surface a été réalisée après activation de la paroi de silice du capillaire par greffage de dérivés silylés comprenant le motif méthacrylate de glycidyle. La fonction époxyde a ensuite été ouverte par des amines primaires aliphatiques afin d’augmenter l’hydrophobicité de la phase stationnaire. Cette stratégie en deux étapes a l’avantage de permettre de dissocier le greffage de l’introduction du motif fonctionnel et de permettre une plus grande variété de fonctionnalisation. Ces colonnes ont été testées sur des peptides standards ou sur des digests peptidiques avec une analyse par spectrométrie de masse MALDI-TOF hors-ligne et en ligne en couplage nanoLC nanoESI-trappe ionique. Les effets des différents paramètres sur la rétention des peptides ont été étudiés en particulier la longueur de la chaîne alkyle. Les tests montrent que chaque fois que l’on diminue la longueur de la chaîne carbonée de l’amine, les peptides sont élués à un plus faible pourcentage d’acétonitrile. En effet le raccourcissement de la chaîne carbonée conduit à la décroissance des interactions hydrophobes, ce qui conduit les peptides à être élués plus rapidement. La deuxième partie de la thèse présente les premiers développements de greffage de polymère à empreinte moléculaire (acronyme anglais MIP pour Molecular Imprinted Polymer) pour la séparation de peptides et de protéines. La synthèse d’une phase à empreinte moléculaire est réalisée à partir d’un mélange de monomères portant des fonctions acides ou basiques et d’une molécule empreinte qui interagit au cours de la polymérisation par des liaisons non covalentes. Une fois la polymérisation achevée, la molécule empreinte est éliminée de la matrice polymérique, ce qui conduit à la formation d’un polymère rigide renfermant des sites de reconnaissance spécifiques de la molécule modèle. Les colonnes à empreinte moléculaire visent à retenir sélectivement la molécule ciblée ou des molécules proches en taille et en structure, au sein d’un mélange complexe par des interactions spécifiques. Une affinité entre deux peptides différents a été obtenue avec une bonne sélectivité. La préparation des colonnes MIP et NIP (polymère non imprimé) a été effectuée afin de comparer le pouvoir de rétention des deux matériaux et de vérifier la sélectivité de recapture du MIP par rapport au NIP vis-à-vis de la molécule cible. Ces colonnes ont également été testées par spectrométrie de masse de type MALDI-TOF.

The miniaturization of separative systems is continuously developing today. This emergence is due to the very low sample volume and the increasing need to save analysis time. The present thesis comprises two parts. The first one consists on developing a new generation of open capillary columns (''open tubular'') based on micron-scale surface functionalization and characterization of their properties in proteomics analysis for the separation of peptide digests by reversed-phase liquid chromatography. The surface functionalization was carried out after activating silica capillary wall by grafting silylated derivatives including glycidyl methacrylate. The epoxide function was then broken by aliphatic primary amines to increase the hydrophobicity of the stationary phase. This two-step strategy has the advantage of allowing a split grafting of the functional unit and a wider variety of functionalizations. These columns were tested on standard peptides or peptide digests with analysis by MALDI-TOF offline and online nanoLC nanoESI-coupled ion trap. The effects of various parameters, particularly the length of the alkyl chain, on the retention of peptides were studied. The obtained results show that by decreasing the length of the amine carbon chain, peptides are eluted at a lower percentage of acetonitrile. In fact the shortening of the carbon chain results in the decrease of hydrophobic interactions and in faster peptides elution.The second part of this thesis presents preliminary developments of polymer grafting of type MIP (Molecular Imprinted Polymers) for the separation of peptides and proteins. The synthesis of molecularly imprinted phase is made from a mixture of monomers having acid or basic functions and imprint molecules that interact during the polymerization by non-covalent bonds. Once the polymerization is complete, the imprint molecules are removed from the polymer matrix, which results in the formation of a rigid polymer containing recognition sites that are specific to the model molecules. The molecularly imprinted columns were designed to selectively retain the target molecules or molecules similar in size and in structure, within a complex mixture by specific interactions. Affinity between two different peptides was obtained with good selectivity. Preparation of MIP and NIP (No Imprinted Polymers) columns was performed to compare the retention capacity of both materials and to verify the selectivity of the MIP uptake compared to NIP with respect to the target molecule. These columns were also tested by mass spectrometry MALDI-TOF.