Synthèse et evaluations biologiques des glyconanoparticules d'or : ligands pour étudier l'effet de multivalence

par Michael Reynolds

Thèse de doctorat en Chimie physique, moléculaire et structurale

Sous la direction de Serge Pérez.

Soutenue en 2009

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015) .

mots clés

• Nanoparticules d'or

Résumé

Les interactions des glucides sont impliquées dans plusieurs processus biologiques normaux ou bien pathologiques (la communication cellulaire, l'adhésion et l'entrée de pathogènes dans la cellule ou encore de carcinomes métastatiques). Souvent, ces interactions ont une forte spécificité mais une affinité faible. In vivo, cette faible affinité est résolue par la présentation de copies multiples des ligands glucidiques à des multiméres de récepteurs protéiques (lectines). Globalement, l'interaction observée est alors largement supérieure à la somme des interactions individuelles. Ce phénomène est connu comme « l'effet cluster glycosidique ». Ces interactions ont encouragées le développement des recherches interdisciplinaires dans les domaines de la glycochimie et de la glycobiologie. Les nanoparticules d'or, fonctionnalisées avec des glucides (glyco-nanoparticules, GNPs) constituent un nouvel outil pour étudier ce phénomène. Leur synthèse est assez simple, et ils montrent plusieurs propriétés physicochimiques comme la modification de la densité de présentation, le control de la taille de la particule, et ils ont aussi des propriétés électroniques, magnétiques et optiques, liées aux effets quantums. Nous présentons la synthèse et la caractérisation des GNPs fonctionnalisées avec du mannose et du galactose dans le but d'étudier les interactions avec des protéines multivalentes (les lectines Con A, BclA et PA-IL), en utilisant des techniques biophysiques comme la résonance plasmonique de surface, et le microcalorimétrie isotherme de titration. Ces techniques ont montrées que l'affinité des lectines varie avec la densité de présentation des ligands chez les GNPs. Les GNPs sont un outil novateur pour développer des nouvelles méthodes de diagnostiques ou thérapeutiques dans les domaines de la glycobiologie, des biotechnologies et de la science des matériaux.

Titre traduit

Synthesis and biological evaluation of gold glyconanoparticles : ligands for studying multivalence effects

Résumé

The implication of carbohydrate interactions in many normal and pathological biological processes (cell communication, adhesion, bacterial and viral invasion, cancer metastasis etc. ) has encouraged the development of interdisciplinary research in the fields of glycochemistry and glyobiology. These interactions are typically highly specific, yet low in affinity. Nature overcomes this by presenting multiple copies of both carbohydrate ligands and protein (lectin) receptors. However, the overall interaction observed is significantly enhanced with respect to the sum of the individual interactions. This phenomenon is known as the “cluster glycoside effect”, or “multivalent effect”. Carbohydrate functionalised Gold nanoparticles (glycol-nanoparticles, GNPs) represent a new group of glycoclusters for studying this phenomenon. As well as their relatively simple synthesis, they also offer many physicochemical properties such as tuneable presentation densities, tuneable gold core sizes and size related electronic, magnetic and optical properties. Here we present the synthesis and characterisation of mannose and galactose functionalised GNPs and investigate their interactions with the multivalent proteins (lectins) Con A, BclA and PA-IL, using biophysical techniques, namely surface plasmon resonance (SPR) and isothermal titration microcalorimetry (ITC). It was found that lectin affinities for the GNPs varied significantly with carbohydrate presentation density. As well as being used for interaction studies, GNPs offer interesting potential as novel diagnostic and therapeutic applications in glycobiology, biotechnology and materials science applications.