This diploma thesis deals with the optimalization of synthesis of gold nanoparticles and their surface modification allowing their use as contrast agents for in vivo imaging by CT. Gold nanoparticles were prepared by the Turkevich method and characterized by TEM, DLS, MADLS and UV -Vis. Their surface was functionalized with polyethylene glycol containing a thiol group forming a bond with the Au atoms in the surface of gold nanoparticles. The terminal end of the polymer was methylated or containing an aminooxy group forming an orthogonal bond with hyaluronic acid using click-chemistry. The eligibility for in vivo application of the prepared nanoparticles was verified with stability and cytotoxicity tests. The nanoparticles modified by methylated polyethyleneglycol were injected intravenously into a mouse and their application potential as contrast agents were verified by CT.

La plupart des bactéries vivent en communautés organisées, appelées biofilms, augmentant leur résistance aux traitements antibiotiques. Ainsi, la formation de biofilms sur les organes et matériels médicaux est considérée comme la cause de la majorité des infections bactériennes. Il est alors important de trouver des traitements pour empêcher ou perturber la formation de ces biofilms. Il a été proposé que les porines de P. Stuartii, Omp-Pst1 et Omp-Pst2, peuvent s’auto-assembler via un steric-zipper, étape responsable du développement initial du biofilm. Ainsi, notre objectif est de synthétiser des inhibiteurs d’interactions entre porines pour limiter ce contact intercellulaire. Nous avons développé des molécules peptidomimétiques basées sur la séquence LGNYR, active dans les deux porines. Pour cela, des réactions de chimie click sur phase solide ont été mises en oeuvre afin de synthétiser des analogues de cette séquence, comme la CuAAC pour introduire un motif triazole, dans une position variable au sein du peptide. Nous avons ainsi développé une méthode rapide et efficace afin de réaliser cette réaction par l’utilisation d’un catalyseur cuivre(I)-N-hétérocyclique carbène stable à l’air. Similairement, de nouvelles conditions ont aussi été mises au point en phase solide afin d’obtenir régiosélectivement des peptides comportant un motif isoxazole 3,4- ou 3,5-disubstitué, par la réaction entre un alcyne et un oxyde de nitrile. Ces cycloadditions 1,3-dipolaires nous ont ainsi permis d’obtenir une première librairie de peptidotriazoles et de peptidoisoxazoles. Il sera enfin possible d’étudier les biofilms grâce à la synthèse de sondes fluorescentes basées sur les inhibiteurs montrant de fortes affinités avec la cible, couplées à un fluorophore dérivé de coumarine. / In the environment, most of bacteria live as organized communities, known as biofilms, enhancing their resistance to antibiotic treatments. Thus the formation of biofilms on organ and indwelling medical devices is considered to cause the majority of bacterial infections in the human body. Thus, to enhance antibiotics efficacy, there is a high need to find treatments to prevent or disrupt biofilm formation. It has been proposed that P. stuartii porins, Omp-Pst1 and Omp-Pst2, can self-associate through a steric zipper, being responsible for the initial development of biofilms. Thus, our objective is to synthesize porin’s self-matching interactions (PSMI) inhibitors to counterfeit this intercellular contact. We developed peptidomimetic molecules based on the LGNYR sequence, that have shown to be active in both porins. Then we used click chemistry to synthesize on solid phase analogues of this sequence, as the solid phase Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) to introduce a triazole moiety into the peptide chain at different positions. We thus developed a fast and efficient method to perform this reaction using a stable copper(I)-N-heterocyclic carbene catalyst. Similarly, new conditions were developed on solid phase to synthesize regioselectively peptides containing a 3,4- or 3,5-disubstituted isoxazole moiety, through the reaction between an alkyne and a nitrile oxide. These 1,3-dipolar cycloadditions allowed us to developed a first library of peptidotriazoles and peptidoisoxazoles. We also obtained fluorescent probes based on the inhibitors showing higher affinity for the target as tools to study biofilm formation.

Les nano-objets hybrides ou polymères connaissent un intérêt grandissant depuis plusieurs années mais peu sont étudiés sous irradiation. Dans ce travail, différents nano-objets ont été synthétisés et étudiés pour comprendre leur stabilité face à des rayonnements ionisants. Nous avons étudié l’effet de l’irradiation sur des copolymères à blocs amphiphiles pouvant s’organiser en micelles dans l’eau. Les objets varient par la nature de leur polymère hydrophobe et leur sensibilité aux rayonnements ionisants. Dans un cas, des polyméthacrylates ont été copolymérisés par ATRP à partir d’un PEG macro-amorceur. Dans un autre cas, pour accentuer l’effet de l’irradiation, un polysulfone aliphatique plus radiosensible, a été synthétisé via une polyaddition thiol-ène. Après nanoprécipitation, les objets ont été caractérisés avant et après irradiation par des techniques de diffusion et de chromatographie. En parallèle, on s’est intéressés également à des nanoparticules métalliques connues pour augmenter l’effet de l’irradiation. Des nanoparticules d’or greffées de polymères ont été synthétisées par voie « grafting to » après synthèse de macro-ligands par polymérisation radicalaire contrôlée. Après une caractérisation fine des objets, l’effet de l’irradiation a été étudié à la fois sur la taille des objets et la masse des polymères afin de déterminer la nature des phénomènes mis en jeu. / Hybrid and polymer nano-objects have known a growing interest these last years but few are studied under irradiation. In the present work, different nano-objects have been synthetized and studied to understand their stability towards ionizing rays. We have studied the effect of irradiation onto amphiphilic bloc copolymer that form micelles in water. Objects were varied by the nature of their hydrophobic bloc and their sensibility to ionizing rays. First, methacrylates were copolymerized by ATRP with a PEG macro-initiator. Secondly, to improve radiation effect, a more radiosensitive polymer, a polyolefinsulfone, was synthetized by a thiol-ene polyaddition. After nanoprecipitation, objects were caracterized before and after irradiation by scattering and chromatography techniques. In parallel we also studied metallic nanoparticles well known for improving irradiation effect. Polymer-grafted gold nanoparticles were synthetized via a “grafting to” technique, after the synthesis of macro-ligands by controlled radical polymerization. After a precise characterization of these objects, irradiation effect has been studied via changes in size and polymer mass. This will permit to determine the nature of induced phenomena.

Gemäß der Zielstellung der Dissertation wurden verschiedene partiell tert.-Butyl- (TBU) und tert.-Butyloxycarbonyl- (Boc) geschützte Blockcopolymere auf der Basis von Poly(4-hydroxystyrol) mit engen Molmassenverteilungen sowie mit verschiedenen Blockzusammensetzungen dargestellt. Die Synthese dieser partiell TBU- und Boc-geschützten Blockcopolymere umfasste drei wesentliche Schritte: 1) Darstellung von Makroinitiatoren mittels NMRP, 2) Synthese von orthogonal geschützten Precursor-Blockcopolymeren durch Reinitiierung der Makroinitiatoren in Gegenwart eines weiteren orthogonal geschützten Monomeren und 3) orthogonale und quantitative polymeranaloge Umsetzungen ausgehend von den orthogonal geschützten Precursor-Blockcopolymeren. Mit den partiell TBU- und Boc-geschützten Blockcopolymeren wurden dünne Polymerfilme mittels „dip-coating“ präpariert. Die Untersuchung der Topographie und Morphologie der Filme erfolgte mit dem AFM. Aus den erhaltenen Topographie- und Phasenverschiebungsbildern ging eindeutig hervor, dass die verschiedenen Blöcke der jeweiligen partiell TBU- und Boc-geschützten Blockcopolymere in allen Polymerfilmen phasensepariert vorlagen. Reguläre Mikrostrukturen konnten allerdings nur bei den Polymerfilmen erhalten werden, deren Blockcopolymere sich allesamt durch asymmetrische Blockzusammensetzungen auszeichnen. Auf der Grundlage des statistischen Modellpolymeren Poly(styrol-r-4-hydroxystyrol) konnte ferner gezeigt werden, dass sich die phenolischen Hydroxylgruppen durch die Umsetzung mit Propargylbromid quantitativ in Propargylether-Gruppen umwandeln lassen und diese dann ihrerseits mit Hilfe der Cu(I)-katalysierten 1,3-dipolaren Cycloaddition (Click-Chemie) weiter mit einer Reihe von verschiedenen Aziden funktionalisiert werden können.

Die Detektion von Nukleinsäuren ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Erkennung von viralen und bakteriellen Spezies in biologischen Proben. Oligonukleotid-vermittelte Reaktionen (OVR), die die Zielsequenz als Katalysator der chemischen Reaktion zwischen reaktiven Sonden verwenden, bieten gegenüber den enzymatischen Methoden viele Vorteile, wie z.B. Simplizität und Kosteneffizienz. Normalerweise besitzt das Produkt der OVR deutliche fluoreszierende Eigenschaften, die durch Fluoreszenzspektroskopie gemessen werden können. Die Haupteinschränkung solcher Systeme ist die nur moderate Helligkeit von organischen Farbstoffen, die meistens zur Markierung von reaktiven Sonden genutzt werden. Um dieses Problem zu lösen, sind Fluorophore mit höherer Helligkeit erforderlich. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Methode zur Detektion von RNA durch Templat-vermittelten Transfer des Fluorophors auf den Quantum Dot (QD). Das System besteht aus zwei reaktiven Peptide Nucleic Acid (PNA)-basierten Antisense-Sonden. Die Label Akzeptor PNA (LAPNA) Sonde ist auf dem QD immobilisiert und enthält eine Cysteineinheit am N-terminus. Die Label Donor PNA (LDPNA) Sonde trägt eine Cy5-Einheit, die als Thioester gebunden ist. Durch die benachbarte Hybridisierung der Sonden am RNA-Templat nimmt die effektive Molarität der reaktiven Gruppen zu, und führt somit durch das Prinzip von Native Chemical Ligation zum Transfer des Cy5 auf den QD. Dies resultiert in Förster−Resonanzenergietransfer (FRET) zwischen dem QD und den Cy5-Molekülen, der durch die Löschung der Emission des QDs sowie die Verstärkung der Fluoreszenz des Cy5 beobachtet werden kann. Die Verwendung von sehr hellen QDs als FRET-Donor ermöglicht die Umsetzung von Sonden bei geringen Konzentrationen und ermöglicht die Erkennung von RNA mit Nachweisgrenzen im Bereich von weniger pikomolar. / Detection of nucleic acids is one of the most reliable methods for the identification of bacterial and viral species in biological samples. Oligonucleotide-templated reactions (OTRs) that exploit an RNA or DNA target to catalyze a chemical reaction hold great promise for the development of enzyme-free and low-cost detection schemes. Commonly, these strategies rely on organic dyes and are designed so that the product of OTR exhibits distinct fluorogenic properties. The main constraint of such schemes is the moderate brightness of organic fluorophores, which limits the read-out when the probes are used at low concentrations. To tackle this obstacle, significantly brighter fluorophores are needed. This work describes the development of an RNA detection scheme that relies on target-templated fluorophore transfer onto a semiconductor quantum dot (QD). The approach uses two reactive peptide nucleic acid (PNA) antisense probes. Label acceptor peptide nucleic acid (LAPNA) probe is immobilized on a QD and bears a cysteine at the N-terminus; label donor peptide nucleic acid (LDPNA) probe is equipped with a Cy5 dye, attached as a thioester. The adjacent annealing of these recognition elements following binding to target RNA triggers the transfer of Cy5 onto a QD in a native chemical ligation manner. This leads to a detectable fluorescence signal brought about by FRET from QD to the Cy5. The use of unprecedentedly bright QDs that can act as FRET donors for several Cy5 functionalities allows application of probes at very low concentrations (pM range) and achieves enhanced sensitivity of target-templated RNA detection. The method enabled RNA detection in the low pM range using a conventional microtiter plate reader.

Les travaux réalisés au cours de cette thèse concernent trois différentes techniques de formulation innovantes qui ont été étudiées en tant que procédés robustes et efficaces pour l’élaboration de polymères fonctionnels à architecture contrôlée ou bien de films minces réticulés. La première stratégie exploite le caractère orthogonal de la click chemistry la plus connue: la cycloaddition catalysée par le cuivre(I) entre un azoture et un alcyne (CuAAC). Nous avons développé deux stratégies monotopes tandem complémentaires alliant CuAAC et Polymérisation Radicalaire Contrôlée (PRC) afin d’obtenir efficacement des architectures complexes en une seule étape. La deuxième stratégie concerne l’utilisation de la chimie thiol-ène en tant que click chemistry pour la fonctionnalisation de polymères et la réalisation d’architectures bien définies. Une série de polymères portant des insaturations ont été synthétisés par des techniques de polymérisation contrôlée dans le but d’étudier et de comparer l’efficacité des couplages thiol-ène initiés thermiquement ou hotochimiquement. Dans cette étude, l’orthogonalité de la chimie thiol-ène avec la CuAAC a également été étudiée. La troisième stratégie est inspirée des récentes techniques d’élaboration de matériaux réticulés/fonctionnalisés par couplage des azotures avec des insaturations. Nous avons développé une nouvelle stratégie d’élaboration efficace de matériaux massifs et de films minces de PDMS réticulés par utilisation d’un diazoture comme agent réticulant. Cette étude est réalisée en combinant des expertises en rhéologie, chimie et en couches minces. / This thesis focuses on three different and innovative techniques studied as efficient and robust processes to elaborate functional polymers with controlled architecture or crosslinked materials and thin films. The first strategy exploits the orthogonal property of a famous click chemistry: the Copper (I)-catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition (CuAAC). We developed two complementary strategies based on the one-pot tandem combination of CuAAC and Controlled Radical Polymerisation techniques (CRP) to efficiently elaborate complex polymer architectures. The second strategy is focused on the thiol-ene chemistry as a click chemistry and its use for the functionalisation of polymers in order to obtain well defined architectures. A series of alkenefunctional polymers were synthesized by controlled polymerization techniques in order to investigate and compare the efficiency and orthogonality of both photochemically and thermally initiated thiol-ene click coupling reactions. Orthogonality of thiol-ene chemistry with CuAAC was also studied. The third strategy is inspired of new processes developed to perform crosslinked/functionalised materials by azide-ene couplings. We investigate a new strategy for the elaboration of crosslinked PDMS in bulk or in thin films with the use of a diazide as coupling agent. This last study combines analyses in rheology, chemistry and in thin layer.

Cette thèse s'intéresse au développement de procédés monotopes (en une seule étape) permettant la synthèse accélérée de polymères conducteurs ioniques.Une étude bibliographique sur les poly(liquides ioniques) à base 1,2,3-triazolium (TPILs) a démontré leurs richesses structurale et fonctionnelle inégalées. Leur synthèse requière cependant plusieurs étapes nécessitant l'emploi de catalyseurs, de solvants et d'agents de polymérisation.Une première partie est consacrée au développement d'une voie de synthèse accélérée permettant d'accéder en une seule étape, sans solvant, ni catalyseur à des TPILs de structures variées. Il est en effet aisément possible de moduler les structures chimiques de l'espaceur, du contre-anion et du substituant en position N-3 du groupe 1,2,3-triazolium à partir d'un large choix de monomères a-azoture-?-alcyne et d'agents alkylants.Une seconde partie est consacrée à l'extension de cette voie de synthèse originale à l'élaboration d'une série de réseaux conducteurs ioniques, démontrant ainsi la souplesse du procédé et l'immense possibilité de variation structurale. Ces réseaux possèdent les propriétés uniques des matériaux vitrimères sur la base d'échanges dynamiques des points de réticulation par des réactions de transalkylation des liaisons C-N sous contrainte et température. Ils peuvent ainsi être remis en forme et recyclés sans pertes majeures de leurs propriétés et constituent donc le premier exemple de vitrimère fonctionnel. L'ensemble de ces matériaux de par leurs propriétés ainsi que leur rapidité et leur facilité de synthèse constituent donc une avancée majeure dans le domaine des polymères conducteurs ioniques et leurs applications / This PhD thesis tackles the development of monotopic (or single step) processes enabling the accelerated synthesis of ion conducting polymer materials. A bibliographic study on 1,2,3-triazolium-based poly(ionic liquid)s (TPILs) have demonstrated their unequaled structural and functional richness. However, their syntheses require several synthetic steps and the use of catalysts, solvents and polymerization mediators.A first part is devoted to the development of an accelerated synthetic approach enabling in a single step to access TPILs with broad structural variety without solvent nor catalyst. Indeed the chemical structure of the spacer, the counter-anion and the N-3 substituent of the 1,2,3-triazolium group can be readily tuned from a broad library of a-azide-?-alkyne monomers and alkylating agents.A second part is devoted to the extension of this original synthetic approach to the formation of a series of ion conducting polymer networks, thus demonstrating the flexibility of the process and the broad capacity in structural design. These networks possess the unique properties of vitrimer materials based on dynamic exchanges of the cross-linking points by transalkylation reactions of C-N bonds under strain and temperature. They can thus be reshaped and recycled without significant loss of their properties, which constitute the first example of functional vitrimer.The properties of these materials, as well as the rapidity, the versatility and the flexibility of their syntheses constitute a major breakthrough in the field of ion conducting polymer materials and their applications

Plusieurs maladies rénales et cardiovasculaires présentent une altération de l’expression des récepteurs de type 1 de l'angiotensine (AT1R) et sont traitées par le candésartan ou le losartan. Le radiomarquage de cette famille de molécules développé au sein de notre laboratoire a démontré une liaison spécifique pour les AT1R rénaux chez les rats et les cochons. Le [11C]méthyl-candésartan présente une cinétique supérieure à celle du [11C]méthyl-losartan. Néanmoins, la présence d’un radiométabolite hydrophobe, interférant avec le signal TEP du traceur d’origine, rend la quantification des AT1R complexe. Le [18F]fluoropyridine-losartan est un antagoniste qui possède une affinité de liaison élevée ainsi que peu de métabolites radiomarqués dans les reins de rats. Cependant, sa faible activité molaire ne permet pas de visualiser les niveaux d’AT1R myocardiques présents en faible densité. Le but de cette recherche est de développer les radiosynthèses automatisées d'analogues 18F-fluoropyridinés du candésartan et du losartan en très hautes puretés et activités molaires et d'évaluer l'efficacité du [18F]fluoropyridine-candésartan comme traceur TEP sélectif aux AT1R. Le [18F]fluoropyridine-candésartan et le [18F]fluoropyridine-losartan ont été synthétisés via la cycloaddition de Huisgen catalysée au cuivre(I) entre le 2-[18F]fluoro-3-(pent-4-yn-1-yloxy)pyridine ([18F]FPyKYNE) et un dérivé azidé du candésartan ou du losartan. Le [18F]FPyKYNE est préalablement obtenu par radiofluoration de NO2PyKYNE puis purifié par HPLC, empêchant ainsi la formation de sous-produits nitropyridinés. Après optimisation, les traceurs sont obtenus avec un rendement radiochimique de 11% et des activités molaires (>380 GBq/μmol), des puretés chimiques et radiochimiques (>97%) très élevées. Les tests de contrôle de qualité complet du [18F]fluoropyridine-losartan permettant son utilisation dans des études cliniques futures ont aussi été développés. Le fluoropyridine-candésartan a révélé une affinité élevée (Ki=5,9 nM) dans des membranes exprimant les AT1R, comparable au fluoropyridine-losartan (Ki=5,6 nM) mais inférieure à celle du candésartan (Ki=0,4 nM). Des études d’ultrafiltration ont démontré que le [18F]fluoropyridine-candésartan se lie fortement aux protéines plasmatiques (99,3%). La liaison spécifique aux AT1Rs a été confirmée ex vivo par biodistribution. Une réduction significative (-86%) de la captation dans le cortex rénal de rats prétraités (candésartan ou losartan) est constatée. Des résultats similaires sont obtenus in vitro par autoradiographie avec co-incubation en présence de losartan. La présence de métabolites radiomarqués a été évaluée ex vivo dans du plasma et dans les reins d’animaux témoins ou prétraités (candésartan ou losartan) par HPLC. Le [18F]fluoropyridine-candésartan a été métabolisé en composés radiomarqués hydrophiles, affichant une interférence minimale sur la liaison rénale aux AT1R avec 82% de traceur inchangé dans les reins 20 min après injection. Les images TEP/TC dynamiques du [18F]fluoropyridine-candésartan, acquises pendant 60 min, ont révélé des accumulations élevées et éliminations lentes dans le cortex rénal et le foie avec des rapports tissu-sang élevés. La spécificité de liaison aux AT1R a été démontrée par le blocage des sites de liaison avec du losartan 20 min après l'injection (réductions des rapports tissu-sang dans le cortex rénal (-84%) et dans le foie (-93%)). Aucun changement n'a été observé dans les reins de rats prétraités avec l'antagoniste des AT2R PD123,319, confirmant la sélectivité de liaison pour les AT1R. Les radiosynthèses reproductibles automatisées, les propriétés de liaison ainsi que la stabilité in vivo font du [18F]fluoropyridine-candésartan et du [18F]fluoropyridine-losartan des radiotraceurs potentiels permettant l’imagerie TEP des AT1R dans plusieurs maladies cardiovasculaires ou rénales, offrant ainsi la possibilité de suivre la progression de ces maladies dans des études longitudinales mais aussi de mieux guider la thérapie. / Numerous renal and cardiovascular diseases exhibit alterations in the Angiotensin type 1 receptor (AT1R) levels that are treated with candesartan or losartan. Our previous radiolabeled derivatives of these drugs displayed specific binding for renal AT1R in rats and pigs. [11C]Methyl-candesartan exhibited superior kinetics than [11C]methyl-losartan, but a hydrophobic radiometabolite interfered with the PET signal and AT1R quantification. High binding affinity, full antagonistic efficacy and minimal interference of labeled metabolites in rat kidneys were observed with [18F]fluoropyridine-losartan. However, the tracer’s low molar activity prevented visualization of low-density myocardial AT1R. The aim of this research was to develop automated radiosyntheses of 18F-fluoropyridinated analogs of candesartan and losartan in very high purities and molar activities and to evaluate [18F]fluoropyridine-candesartan efficacy as a selective AT1R PET tracer. [18F]Fluoropyridine-candesartan and [18F]fluoropyridine-losartan were synthesized via the copper(I)-catalyzed Huisgen cycloaddition between 2-[18F]fluoro-3-(pent-4-yn-1-yloxy)pyridine ([18F]FPyKYNE) and an azido-derivative of candesartan or losartan, respectively, followed by acid deprotection and C18-HPLC purification. [18F]FPyKYNE was obtained by radiofluorination of NO2PyKYNE and purified by silica-gel HPLC, preventing the formation of nitropyridinated by-products in the second step. The reaction parameters and purifications were optimized to provide tracers in 11% radiochemical yield with very high molar activities (>380 GBq/μmol), chemical and radiochemical purities (>97%). Full quality control testing of [18F]fluoropyridine-losartan was performed to validate its safe use in future clinical studies. The binding and pharmacokinetic properties of the novel [18F]fluoropyridine-candesartan were evaluated in vitro and ex/in vivo in male Sprague-Dawley rats. Competition binding assays in AT1R-expressing membranes revealed a high affinity of fluoropyridine-candesartan (Ki=5.9 nM), which is similar to fluoropyridine-losartan (Ki=5.6 nM) but lower than candesartan (Ki=0.4 nM). [18F]Fluoropyridine-candesartan bound strongly to plasma proteins (99.3%) as assessed by ultrafiltration. Specific binding was confirmed by ex vivo biodistribution 20 min after tracer injection, with a significant uptake reduction (-86%) in the AT1R-rich kidney cortex of pretreated (candesartan or losartan) rats and by in vitro autoradiography with losartan co-incubation. Radiolabeled metabolites in plasma and kidneys of control and pretreated (candesartan or losartan) animals were analyzed by column-switch HPLC. [18F]Fluoropyridine-candesartan was mainly metabolized to radiolabeled hydrophilic compounds, displaying minimal interference on renal AT1R binding with 82% of unchanged tracer in the kidneys at 20 min post-injection. Dynamic PET/CT images of [18F]fluoropyridine-candesartan, acquired for 60 min at baseline, revealed high accumulation and slow clearance from the kidney cortex and liver with high tissue-to-blood ratios. Binding specificity for AT1R was demonstrated with marked reductions in kidney-cortex (-84%) and liver (-93%) tissue-to-blood ratios at 20 min post-injection, when blocking with losartan. No change was observed in kidneys of rats pre-treated with the AT2R antagonist PD123,319, confirming binding selectivity for AT1 over AT2 receptors. The favorable binding properties and in vivo stability of [18F]fluoropyridine-candesartan support further studies to validate its potential as AT1R PET radioligand. The reproducible automated radiosyntheses developed in my research will allow innovative in-vivo PET imaging of AT1R-expression in several diseases, offering the possibility to follow disease progression in longitudinal studies and guide therapy.

Natrium-kaliumpumpen spelar en väsentlig roll i en rad fysiologiska funktioner då den upprätthåller den elektrokemiska gradienten över cellmembranet. Ytterligare så är störningar i dess funktion associerade med flera neurologiska sjukdomar. Proteinet är en heterodimer av α– och β–subenheter, ibland även associerat med en tredje γ (FXYD) subenhet, vilket gör det problematiskt att studera dess högre ordningens organisation i cellmembranet med hjälp av konventionella, relativt storskaliga inmärkiningsprober såsom antikroppar. Inkorporering av icke-kanoniska aminosyror är ett nyutvecklat och växande område som erbjuder en lösning. Genom CuAAC– och SPIEDAC–klickkonjugationsreaktioner kan organiska färgämnen (fluoroforer) snabbt och specifikt fästas i sidokedjor med motsvarande reaktiva grupper på jonpumpen, vilket skapar en liten och icke-invasiv inmärkningsprob för fluorescensmikroskopi. För att specifikt studera alla tre subenheter samtidigt krävs inmärkning med tre olika fluoroforer). Syftet med detta projekt var att lyckas med trefärgsinmärkning genom inkorporering av icke-kanoniska aminosyror, och därigenom underlätta studerandet av hur natrium-kaliumpumpens subenheter ordnar sig i cellmembranet. Transient transfekterade HEK293T-celler med membraninmärkta jonpumpar studerades med hjälp av fluorescensmikroskopi, vilket kompletterades med gelfluorescensavbildning och immunoblotting. Samtidigt gjordes proteinuttryck och tvåfärgsinmärkning av alla nonsenskodonmuterade subenheter i kombination med varandra och var synlig i proteingel, där endast α och β tidigare hade samuttryckts. α/γ parinmärkning visade sig framgångsrik när de samtransfekterades med β av vildtyp. En autofluorescenseffekt i en av färgkanalerna påverkade resultaten för mikroskopin. Trefärgsinmärkning observerades inte i gelen, och uttrycket av subenheterna (varav α var ersatt för detta experiment) var i stort sett obefintligt. Otydlighet består därmed huruvida trefärgsinmärkning eller trippelsamuttryck är möjligt med de bioortogonala translationssystemen som användes i detta projekt på jonpumpen. / Na+/K+-ATPase is an essential ion pump protein in a host of physiological functions as it maintains the electrochemical gradient across cell membranes. Additionally, its dysfunction is implicated in several neurological diseases. The protein is a heterodimer of α and β subunits, occasionally associated with a third γ (FXYD) subunit, which makes studying its higher order organization in the cell membrane difficult using conventional, relatively large scale labeling probes such as antibodies. Non-canonical amino acid incorporation is an emerging field which offers a solution. Via CuAAC and SPIEDAC click conjugation reactions, organic fluorophores can be specifically attached to the side chains of residues of the ion pump with corresponding reactive moieties, creating a small and noninvasive probe for fluorescence microscopy imaging. In order to specifically image all three subunits concurrently, three color labeling is required. The objective of this project was to achieve three color labeling via non-canonical amino acid incorporation to aid in the study of the cell membrane localization of the subunits of Na+/K+-ATPase. Fluorescence microscopy of transiently transfected and live cell labeled HEK293T cells was complemented by in gel fluorescence imaging and immunoblotting. Coexpression and two color labeling of all nonsense codon subunit mutants in combination was shown in gel, of which only α and β had previously been coexpressed. α/γ dual labeling proved successful when cotransfected with wild type β. An autofluorescent effect in one of the color channels compromised the microscopy results. Three color labeling was not observed in gel, and expression of the subunits (including a substitute for α) was middling to absent. It remains unclear whether three color labeling or triple coexpression is a possibility with the bioorthogonal translation systems used in this project.

Die Interleukin 1β (IL-1β) vermittelte Signaltransduktion ist für die akute Entzündung von entscheidender Bedeutung, muss aber gleichzeitig streng reguliert werden. Wie setzt das intrazelluläre IL-1β-Signalnetzwerk den extrazellulären Nachweis von IL-1β effizient in eine präzise und angemessene zelluläre Reaktion um? Welche Kontrollmechanismen kommen zum Einsatz, um eine angemessene Antwort zu gewährleisten und eine Hypo- oder Hyperantwort zu verhindern? Diese Arbeit charakterisiert die IL-1β-vermittelte Signalwegdynamik in EL4-Zellen mithilfe der Immunpräzipitations-Massenspektrometrie (IP-MS), konkret von MyD88, IRAK4 und IRAK1. Statistischer Analysen identifizierten das Interaktom dieser Proteine nach 15-, 30- und 60-minütiger IL-1β-Stimulation, sowie Proteine, die potenziell an der Runterregulierung des IL-1β-Signalwegs beteiligt sind. Um zu verstehen, wie das IL-1β-Signalwegnetzwerk die Translationsmaschinerie in EL4 Zellen beeinflusst, um eine angemessene Reaktion zu gewährleisten, untersuchte ich den IL-1β-abhängigen Proteinumsatz mittels gepulste stabile Isotopenmarkierung durch Aminosäuren in der Zellkultur (pSILAC) in Kombination mit Azidohomoalanin (AHA)- Klickchemie und MS nach IL-1β-Stimulation. Das Ergebnis aller Proteomik-Untersuchungen war die Identifizierung des TNFα-induzierten Proteins 3 (Tnfaip3) interagierendes Protein 1 (TNIP1) als potenziellen Kandidaten für die Herunterregulierung des IL-1β-Signalwegs. Nach IL-1β-Stimulation kolokalisiert TNIP1 mit allen Myddosomen-Proteinen sowie mit der Deubiquitinase Tnfaip3. Mittels CRISPR/Cas9 erzeugte ich eine TNIP1-KO-EL4 Zelllinie. Nach IL-1β Stimulation zeigten TNIP1-KO-Zellen vermehrt phosphoryliertes p65, aber verringertes phosphoryliertes JNK sowie eine langfristig verringerte IL-2-Sekretion. Daher ist TNIP1 nicht nur an der Herunterregulierung des NF-κB-Signalwegs beteiligt, sondern aktiviert auch den MAPK-Signalweg. / Interleukin 1β (IL-1β)-mediated signal transduction is crucial for acute inflammation, but at the same time needs tight regulation. The IL-1β-mediated signal transduction is encoded by the spatial and temporal dynamics of downstream signaling networks. How does the intracellular IL-1β signaling network efficiently convert the extracellular detection of IL-1β into a precise and proportionate cellular response? What control mechanisms apply in order to ensure a proportionate response and pre- vent a hypo- or hyper response? This study characterizes the IL-1β mediated signaling dynamics using immunoprecipitation purification mass spectrometry (IP-MS). specifically, of MyD88, IRAK4, and IRAK1. Statistical analyses identified the interactome of these proteins after 15-, 30-, and 60-minute of IL-1β stimulation, as well as proteins potentially involved in IL-1β signaling downregulation using pathway annotation analysis. Further, in order to understand how the IL-1β signaling network affects the translational machinery in EL4 cells to ensure a proportionate response, , I investigated IL-1β-dependent protein turnover in EL4 cells. Specifically, I applied pulsed stable isotope labeling by amino acids in the culture (pSILAC) combined with azidohomoalanine (AHA)-click chemistry and MS after 30-, 60-, 120- and 240-min of IL-1β stimulation. The result of these proteomics approaches was the identification of TNFα induced protein 3 (Tnfaip3) interacting protein 1 (TNIP1) as a potential candidate in IL-1β signal downregulation. TNIP1 co-localizes with all myddosome proteins and the deubiquitinase Tnfaip3 after IL-1β stimulation. I generated a TNIP1 KO EL4 cell line using CRISPR/Cas9. After IL-1β stimulation, TNIP1 KO cells show increased levels of phosphorylated p65, but decreased levels of phosphorylated JNK as well as decreased levels of long-term IL-2 secretion. Therefore, TNIP1 is not only involved in downregulatory NF-κB signaling but activates MAPK pathway.