Oligomerization and fibrillization properties of amyloid peptides and interactions with inhibitors

par Anais Hoffmann

Thèse de doctorat en Biophysique

Sous la direction de Lucie Paÿloune Khemtemourian et de Olivier Lequin.

Soutenue le 25-09-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Laboratoire des biomolécules (laboratoire) .

Le jury était composé de Sophie Lecomte, Arnaud Bondon, Antoinette Killian, Thierry Foulon.

  • Titre traduit

    Propriétés d'oligomérisation et de fibrillation de peptides amyloïdes et étude de leur interactions avec des inhibiteurs


  • Résumé

    Les maladies amyloïdes sont des affections sévères caractérisées par la présence de dépôts extracellulaires fibreux susceptibles de toucher un ou plusieurs tissus du corps humain. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée au peptide β amyloïde (Aβ), impliqué dans la maladie d’Alzheimer, ainsi que l’amyline ou Islet Amyloid PolyPeptide (IAPP), impliqué dans le diabète de type 2. Le mécanisme de formation des fibres a été décrit comme un processus en deux étapes : la nucléation, conduisant à la formation d’oligomères et la phase d’élongation conduisant à la formation des fibres. La première partie de ma thèse est consacrée à l’étude des premières étapes d’oligomérisation d’IAPP. Ce projet, qui a fait appel à différentes techniques biophysiques, a permis de montrer que le mécanisme d’oligomérisation d’IAPP était coopératif et caractérisé par l’absence d’espèces de faible poids moléculaire en solution. Ensuite, je me suis intéressée au rôle de l’histidine 18 d’IAPP et l’effet de la charge globale du peptide sur ses propriétés d’oligomérisation. Pour cela, une étude mutationnelle a été réalisée et l’analyse biophysique des mutants en présence de modèles lipidiques a été effectuée à pH 5,5 et à pH 7,4. Les résultats de cette étude ont montré que la substitution du résidu 18 ralentissait la formation des fibres et que le pH acide était globalement défavorable à l’oligomérisation. Enfin, j’ai étudié les interactions entre les peptides amyloïdes et des inhibiteurs potentiels d’origine synthétique ou naturelle. Différents modes d’action de ces inhibiteurs ont ainsi pu être caractérisés, selon leur interaction avec les monomères ou les oligomères des peptides étudiés.


  • Résumé

    Amyloid diseases, including Alzheimer's (AD), Parkinson's, Prion diseases and type 2 diabetes mellitus (T2DM), are characterized by the accumulation of insoluble fibrillar aggregates in tissues. These diseases are the result of the aberrant folding of proteins that constitute the main component of the fibrils. My thesis project focused on two amyloid peptides: β-amyloid peptide, a 40/42 residue peptide involved in AD, and Islet Amyloid PolyPeptide (IAPP), a 37 residue peptide linked with T2DM. Although the mechanism of oligomerization is still unclear, it is known to be a stepwise process that includes a nucleation phase, where the peptides are mainly monomeric and slowly form aggregates, followed by an elongation phase, characterized by the formation of large prefibrillar oligomers leading to mature fibrils. A first part of my project focused on the early stages of fibrillation of IAPP, using a set of complementary biophysical techniques. This study showed that the oligomerization pathway of IAPP involved no or short time lived oligomers favoring the formation of large aggregates. In a second step, I investigated the effect of residue 18 and global charge of IAPP by a mutational analysis of residue His18 and biophysical analysis at pH 5.5 and 7.4. The results showed that (1) the substitution of His18 slowed down the kinetics of fibrillation of IAPP by affecting the interactions between monomers, (2) acidic pH was unfavorable for the process. Finally, we examined the interaction of amyloid peptides with potential inhibitors of synthetic (sugar or fluor-based peptides) or natural origin (epigallocatechingallate). Different mechanisms of action could be characterized.

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