Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le récepteur des phospholipases A2 sécrétées (PLA2R1, 180 kDa) est une protéine membranaire de la famille des lectines de type C. PLA2R1 contrôle l'action de différentes phospholipases A2 impliquées dans des conditions physiologiques et physiopathologiques variées comme le métabolisme des lipides et l’inflammation. PLA2R1 est aussi l’auto-antigène majeur de la glomérulonéphrite extra-membraneuse (GEM), une maladie auto-immune rénale rare mais grave qui conduit à une forte protéinurie et à la perte des reins dans 30% des cas. Le titre des auto-anticorps PLA2R1 est corrélé à la sévérité de la maladie, mais leur valeur pronostique reste à démontrer. Le rôle pathogénique des anticorps n’est pas démontré. Enfin, 25% des patients sont négatifs pour PLA2R1, suggérant l’existence d'autres antigènes.Nous avons d’abord démontré la production d'une forme soluble sécrétée de PLA2R1, puis étudié les déterminants moléculaires du mécanisme de protéolyse. Concernant la GEM, nous avons développé plusieurs tests ELISA anti-PLA2R1 utilisant comme antigènes PLA2R1 humain, de lapin et de souris. Leur comparaison a montré des apports différents en diagnostic et pronostic. Nous avons aussi identifié 3 types d'auto-anticorps présents dans le sérum des patients. Ces anticorps ciblent 3 domaines épitopiques distincts de PLA2R1, sont liés par un mécanisme d’étalement épitopique, et la présence de plusieurs anticorps dans le serum est associé à un mauvais pronostic. Enfin, nous avons identifié la protéine membranaire THSD7A, distincte de PLA2R1, comme un second auto-antigène de la GEM, avec des auto-anticorps présents chez 2 à 5% des patients négatifs pour PLA2R1 / The phospholipase A2 receptor (PLA2R1, 180kDa) is a C-type lectin membrane protein. PLA2R1 binds secreted phospholipases A2 (sPLA2s) from snake venoms and mammalian tissues. Venom sPLA2s have multiple toxic and pharmacological properties, whereas mammalian sPLA2s are implicated in various physiological and pathophysiological conditions, including lipid metabolism and inflammation.PLA2R1 is also the major autoantigen in membranous nephropathy (MN), a rare but severe autoimmune kidney disease leading to high proteinuria and kidney failure in 30% of cases. Titers of PLA2R1 autoantibodies correlate with disease severity, but the prognosis value of the antibodies is not demonstrated. Their pathogenic role is also not proven. 25% of patients are negative for PLA2R1, suggesting other antigens involved in MN. We have first studied some molecular properties of PLA2R1 in the context of MN. We demonstrate the presence of a secreted soluble form of PLA2R1 produced by proteolytic shedding of the membrane protein and we have studied the molecular determinants of this mechanism. Regarding MN, we have developed several anti-PLA2R1 ELISA using human, rabbit and mouse PLA2R1 as antigens. Their comparison revealed differential contributions in diagnosis and prognosis. We have also identified in patients' sera 3 types of autoantibodies, which target three distinct epitope domains of PLA2R1, which are linked by a mechanism of epitope spreading and which are associated with disease worsening and poor prognosis. Finally, we identified THSD7A, a membrane protein distinct from PLA2R1, as a second autoantigen in MN, with autoantibodies present in 2-5% of PLA2R1-negative patients

Cette thèse décrit la synthèse de nanoparticules de polymères à empreintes moléculaires (MIP, de l’anglais molecularly imprinted polymer) pour la reconnaissance de protéines, par une approche de synthèse en phase solide. Les polymères à empreintes moléculaires sont des récepteurs biomimétiques synthétisés sur mesure par un processus de nanomoulage du polymère autour de la molécule unique. Ils possèdent ainsi des cavités de reconnaissance spécifiques pour leur molécule cible. La technique de l'impression moléculaire pour les petites molécules cibles est bien établie, alors que l'impression de protéines reste encore un défi en raison de la flexibilité et complexité de leur structure native et de leurs nombreux sites fonctionnels, mais aussi en raison de leur faible stabilité dans des conditions inhabituelles. Par conséquent, une approche de synthèse en phase solide a été développée ici où la protéine est immobilisée sur un support avant la synthèse de nanoparticules hydrosolubles de MIP par polymérisation radicalaire. Les MIPs obtenus ont des affinités comparables à celles des anticorps, et des réactivités croisées faibles. Ils possèdent des avantages tels qu'une stabilité meilleure, un coût plus faible et peuvent potentiellement être régénérés et réutilisés, devenant ainsi des alternatives prometteuses aux anticorps naturels. Nous avons fabriqué des MIPs contre des protéases à sérine, telles la trypsine et la kallikréine, mais aussi contre un épitope peptidique de la protéine gp41 du VIH. Des nanogels de MIP thermosensibles ont été synthétisés dans un réacteur sous la forme d’une colonne thermostatée ou une boîte de Pétri, par polymérisation radicalaire initiée par voie thermique ou photochimique. Un simple changement de la température permet de libérer les MIPs de la protéine immobilisée. Ces MIPs sont hydrosolubles en fonction de la température et ont un diamètre inférieur à 100 nm. Leur affinité pour leur cible est élevée, avec un Kd du nano ou picomolaire. Ces 'anticorps synthétiques' ont été appliqués dans des tests d'adsorption sur microbalance à cristal de quartz, mais également comme 'chaperons synthétiques'. Des études préliminaires de la protection des protéines d'une dénaturation thermique ou par un pH défavorable ont été effectuées. L'utilisation d'un iniferter pour initier la photopolymérisation vivante du MIP a permis de synthétiser des nanogels de type core-shell. En introduisant des marqueurs fluorescents dans les MIPs, les tests d’immunoessai dans des fluides biologiques ont été démontrés, ce qui indique le grand potentiel de ces MIPs dans le diagnostic clinique. En conclusion, nous avons développé une nouvelle approche de synthèse de nanoparticules de MIP hydrosoluble ayant une haute affinité pour une protéine, utilisables à la place des anticorps dans des applications dans le monde réel tel que la détection de protéines biomarqueurs dans des échantillons complexes, et potentiellement comme principe actif in vivo. / This thesis describes the synthesis, by a solid-phase synthesis approach, of nanoparticles of molecularly imprinted polymers (MIPs) for the recognition of proteins. Molecularly imprinted polymers are biomimetic receptors synthesized by a nanomolding process of the polymer around single molecules. They therefore possess specific recognition cavities for their target molecule. The technique of molecular imprinting for small target molecules is well established, while protein imprinting remains a challenge due to the flexibility and complexity of their native structure and functional sites, but also because of their low stability under unusual conditions. Therefore, a solid-phase synthesis approach has been developed where the protein is immobilized on a support before the synthesis of water-soluble MIP nanogel particles by radical polymerization. The MIPs obtained have affinities comparable to those of antibodies, and low cross-reactivities. They have advantages such as better stability, lower cost, and can potentially be regenerated and reused, thus becoming promising alternatives to real antibodies. We have synthesized MIPs against serine proteases such as trypsin, and kallikrein, but also against a peptide epitope of the HIV gp41 protein. Thermosensitive MIP nanogels were synthesized in a thermostated column-type reactor or a petri dish, by thermally or photo-initiated radical polymerization. Their thermosensitivity allows the MIPs to be released from the immobilized protein by a simple temperature change. They are water-soluble as a function of temperature and have a diameter of less than 100 nm. Their affinity for their target is strong, with a Kd in the nano or picomolar range. These 'synthetic antibodies' have been applied in binding assays with quartz crystal microbalance, but also as 'synthetic chaperones'. Preliminary studies of the protection of proteins from thermal denaturation or from denaturation by an unfavorable pH have been carried out. The use of an iniferter to initiate the living photopolymerization of MIP made it possible to synthesize nanogels of core-shell type. By introducing fluorescent markers into MIPs, immunoassay applications in biological fluids have been demonstrated, indicating the great potential of these MIPs in clinical diagnostics. In conclusion, we have developed a novel approach to the synthesis of soluble MIP nanoparticles having high affinity for a protein, usable in place of antibodies in real world applications such as the detection of biomarker proteins in complex samples, and potentially as an active principle in vivo.

La gammopathie monoclonale IgM est une polyneuropathie démyélinisante sensorielle et motrice. Il a été montré qu'elle est associée à des anticorps contre des glycoprotéines associées à la myéline (MAG/SGPG). L'épitope HNK-1 est un résidu 3-sulfo-glucuronyle lié à des structures lactosamine et il est présent aussi bien dans MAG que dans SGPG (SO4-3-GlcA(β1-3)Gal-(β1-4)GlcNAc(β1-3)Gal-(β1-4)Glcβ(1-1′)Cer). Il est exprimé principalement dans le système nerveux et joue un rôle important dans la réinnervation motrice préférentielle. Toutefois, l'épitope HNK-1 est difficile à isoler et à synthétiser et les essais diagnostiques cliniques ne sont pas toujours reproductibles et fiables.Le but de notre étude est d'identifier un outil synthétique simple de diagnostic (peptide ou monosaccharide), mimétique de l'épitope HNK-1, capable de reconnaître les anticorps dans les sera des neurogammapathies par Surface Plasmon Resonance (SPR) afin qu'il soit utilisé chez des patients à l'état précoce et qu'il puisse éventuellement permettre le suivi de l'évolution de la maladie. Pour cela, nous avons essayé de synthétiser ce trisaccharide, puis nous avons réalisé la synthèse de ses monosaccharides terminaux avec différents groupements fonctionnels (glucopyranoside d'octyle, acide 1-O-octylglucuronique, acide 1-O-octyl-3-O-sulfoglucuronique et acide 8-aminooctyl-3-O-sulfo-glucuronique).Puis 10 peptides linéaires et cycliques mimant conformationellement et/ou structuralement le HNK-1 ont également été synthétisés (LSETTI, LSETTl, cyclo(-TTILSE-), cyclo(-TTlLSE-), cyclo(-TKTlLSE-), cyclo(-TETKlLSE-), TYTKlLSE, TY(SO3)TKlLSE, cyclo(-TYTKlLSE-) et cyclo(-TY(SO3)TKlLSE-)). Les cinétiques d'affinité de ces mimes sucres et peptides ont été étudiées avec un anticorps anti HNK-1 commercial en utilisant le Biacore. De plus, les mimes avec les plus fortes affinités ont été choisis pour des études d'interaction antigène-anticorps dans des sera de patients atteints de gammapathie IgM. / IgM monoclonal gammopathy is a common age-related demyelinating sensory and motor polyneuropathy. It has been shown to be associated with antibodies against myelin-associated glycoproteins (MAG/SGPG). The HNK-1 carbohydrate epitope is a terminal 3-sulfo-glucuronyl residue attached to lactosamine structures and it is shared both in MAG and SGPG (SO4-3-GlcA(β1-3)Gal-(β1-4)GlcNAc(β1-3)Gal-(β1-4)Glcβ(1-1′)Cer). It is mostly expressed in the nervous system and plays an important role in preferential motor reinnervation. Nevertheless, the HNK-1 epitope is difficult to be isolated and synthesized and diagnostic assays used in the clinics are not always reproducible and reliable. Therefore in our study, our goal is to identify a simple synthetic diagnostic tool (peptide or monosaccharide), mimetic of the HNK-1 epitope, able to recognize antibodies in neurogammopathies sera by Surface Plasmon Resonance to be used in earlier stage patients and possibly to monitor disease activity. For this reason, we firstly tried to synthesize this trisaccharide and then we achieved the synthesis of its terminal monosaccharides with different function groups (octyl glucopyranoside, octyl glucuronic acid, octyl 3-O-sulfo-glucuronic acid and 8-amino octyl 3-O-sulfo-glucuronic acid). Then 10 linear and cyclic peptides conformationally and/or structurally mimicking HNK-1 were also synthesized (LSETTI, LSETTl, cyclo(-TTILSE-), cyclo(-TTlLSE-), cyclo(-TKTlLSE-), cyclo(-TETKlLSE-), TYTKlLSE, TY(SO3)TKlLSE, cyclo(-TYTKlLSE-) and cyclo(-TY(SO3)TKlLSE-)). The SPR kinetic binding affinities of all these sugar and peptide mimics were studied with commercial anti HNK-1 antibody using Biacore. Moreover, mimics with highest binding affinities were chosen for antigen-antibody interaction study in IgM gammopathy patients' serum.