Caractérisation thermodynamique et structurale des complexes ADN-peptide-membrane

Structural and thermodynamic investigations of membrane associated polypeptides and peptide/DNA transfection complexes

• Auteur / Autrice : Lydia Fix
• Direction : Burkhard Bechinger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du vivant
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Strasbourg 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calorimétrie

Spectroscopie

Interactions ADN-protéine

Protéines -- Composition chimique

Peptides

Résumé

Les peptides constituent un moyen simplifié d’étudier le fonctionnement des protéines et des moyens thérapeutiques potentiellement très intéressants. Ce travail a permis l’investigation de deux peptides, le peptide synthétique LAH4 et le domaine T de la protéine diphtérique en interaction avec d’autres macromolécules. Le peptide LAH4 conçu et synthétisé par notre laboratoire, présente les propriétés générales des peptides amphipathiques et se lie également fortement à l’ADN permetant son transfert dans les cellules en tant que vecteur de transfection. Dans le but de mieux comprendre l’activité du peptide LAH4 pendant la transfection, j’ai examiné ses propriétés biophysiques par ITC (isothermal titration calorimetry), CD (Circular Dichroism) et RMN du solide. Les resultats montrent que la structure en hélice- du peptide est maintenue après complexation de l’ADN. A pH neutre des liaisons électrostatiques lient les molécules de façon non spécifique et un ratio très élevé de LAH4 est requis pour la saturation et la condensation de l’ADN. A plus faible pH des interactions électrostatiques et des contributions hydrophobes stabilisent le complexe peptide/ADN, et le ratio de saturation est réduit de presque moitié. Les données concordent à l’élaboration d’un model d’action du peptide LAH4 pendant les premières étapes de la transfection. En parallèle, nous avons developé une strategie d’expression du LAH4 chez E. Coli afin de le marquer 13C uniformément pour son étude par RMN. Des études par RMN du solide ont été entreprises sur le domaine T de la toxine diphtérique afin de comprendre la topologie dans des vésicules membranaires. Des échantillons de domaine T uniformément marqués en 15N ont été préparés en reconstituant les conditions présentes dans l’endosome de façon très simplifiée. Les résultats montrent un rôle important joué autant par le lipide anionique POPG que par le pH dans l’insertion du peptide dans la membrane et dans l’interruption de celle-ci.

Membrane associated proteins and peptides constitute a privileged medical target. Some of them also present also an important potential in therapeutics. This work has permitted the investigation of two peptides, the synthetic peptide LAH4 and the diphtherias toxin T domain in interaction with other macromolecules. The LAH4 peptide designed and synthesized in our laboratory, presents all the general properties of amphipathic peptides and also binds strongly to the DNA allowing its transfer into the cells. In order to better understand the activity of the LAH4 peptide during transfection, I have examined its biophysical properties by ITC (Isothermal Titration Calorimetry), CD (Circular Dichroism) and solid-state NMR. The resultats show that the -helical structure of the peptide is maintained after DNA complexation. At neutral pH, the molecules are bound in an electrostatic non-specific manner and a high ratio of LAH4 is required for DNA saturation and condensation. At low pH electrostatic interactions and hydrophobic contributions stabilize the complex and the saturation ratio is reduced. The data lead to the elaboration of a model of action for the LAH4 peptide during the first steps of transfection. In parallel, we have developed a strategy of expression of the LAH4 peptide in E. Coli in order to uniformly label the peptide 13C for its study by NMR. Solid state NMR studies have been undertaken on the diphtheria toxin domain T in order to investigate its topology inside membrane vesicles. The samples of 15N uniformly labeled T domain were prepared in a simplified system mimicking endosomal conditions. The data show an important role of the pH and of the anionic lipid POPG in the peptides membrane insertion and interruption.