No description available.

In dieser Arbeit, wurden Endozytose und intrazellulären Transportwegen für zwei verschiedene biologisch relevante Nanopartikel (dendritisch Polyglycerolsulfat (dPGS-np) und Polyethylenimin beschichtete Goldnanopartikel (PEI-np)) mit Kryo-Röntgentomographie untersucht. Diese Untersuchungen zeigten, beide Nanopartikeln über Makropinozytose endozytiert werden und dass die meisten Nanopartikel in Endosomen, multivesikulären Körpern und Lysosomen lokalisiert sind. Trotz dieser Ähnlichkeiten im Verhalten beider Partikel gab es auch Unterschiede die zeigten. Im Gegensatz zu PEI-np, wurden einige dPGS-np in Lipidtröpfchen gefunden. Weiterhin verursachen die PEI-np bei einer Konzentration von 0,13 nM ein Zerplatzen von Lysosomen in erheblichem Ausmaß wodurch die Nanopartikel in das Zytoplasma entweichen und teilweise in den Zellkern eindringen. Im Unterschied dazu konnte kein Nachweis für ein Zerplatzen von Lysosomen durch dPGS-np erbracht werde. Interessanterweise wurde ein Wechsel des Endocytose-Weges von der Makropinozytose zu einer mutmaßlichen Caveolae-vermittelten Endozytose beobachtet, wenn die PEI-np-Konzentration um das Zehnfache reduziert wurde. Unter diesen Bedingungen induzierten PEI-np kein Zerplatzen von Lysosomen mehr. Das Ausbleiben von zerplatzten Lysosomen bei dieser niedrigeren Konzentration korreliert mit einer verringerten Zellschädigung und hat somit wichtige Auswirkungen auf die Verwendung von PEI beim Gentransfer. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass beide Nanopartikelarten eine bisher nicht beobachtete umfassende zytoplasmatische Veränderungen in den Zellen induzierten. Insbesondere wurden nach der Inkubation mit beiden Diese zytoplasmatischen Veränderungen könnten wichtige physiologische Veränderungen widerspiegeln, jedoch ist hierzu zusätzliche Forschung erforderlich. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass das Verhalten biologisch relevanter Nanopartikel in Zukunft vorhersehbarer werden kann durch weitere systematische Studien. / In this thesis, the endocytosis and trafficking pathways of two different biologically relevant nanoparticles, namely dendritic polyglycerol sulfate coated gold nanoparticles (dPGS-np) and polyethyleneimine coated gold nanoparticles (PEI-np) were investigated via cryo soft X-ray tomography. Both nanoparticles were found to be endocytosed predominantly via macropinocytosis, and most nanoparticles became localized to endosomes, multivesicular bodies and lysosomes. Despite these similarities in trafficking, there were also key differences. Some dPGS-np were found in lipid droplets but no PEI nanoparticles were found in this compartment. At a concentration of 0.13 nM, PEI-np were observed to induce extensive rupture of lysosomes, leading to significant levels of cytoplasmic escape and nuclear entry. In contrast, no evidence for lysosomal rupture with dPGS-np was detected, and concomitantly very low levels of cytoplasmic escape and no nuclear entry were found. Interestingly, when the PEI-np concentration was reduced by ten-fold, a switch in the endocytosis pathway from macropinocytosis to a putative caveolae-mediated endocytosis was observed. Importantly, under these conditions, PEI nanoparticles no longer induced lysosomal rupture. This lack of lysosomal rupture at the lower concentration was correlated with reduced cellular damage, and so has important implications for use of PEI in gene delivery. Most surprisingly, both nanoparticle types were found to induce similar global cytoplasmic alterations in the cells. These cytoplasmic alterations could reflect important physiological changes, but further work is required to determine this. Our observations suggest that the behavior of biologically relevant nanoparticles might become more predictable in the future by further application of systematic studies.

Yarrowia lipolytica a la particularité de pousser sur de nombreux substrats hydrophobes et de les métaboliser via la β-oxydation ou de les stocker dans des corps lipidiques. Le premier contact entre la cellule et les substrats hydrophobes se déroule sur la surface cellulaire. A cette étape, la composition de la paroi cellulaire en protéines, en β-glucane et en chitine pourrait jouer un rôle important sur l’adhésion et la prise en charge des substrats hydrophobes. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié l’effet d’une source de carbone hydrophobe (par rapport au glucose) et de la composition du milieu de culture sur la structure pariétale et la production de mélanine chez Y. lipolytica. Les résultats de nos analyses biochimiques et moléculaires ont montré que l’oléate de méthyle (un composé utilisé comme modèle de source de carbone hydrophobe) a induit des modifications au niveau de la paroi cellulaire et que ces modifications ont conduit ou non à l’adhésion de gouttelettes lipidiques à la surface cellulaire ; à une modification du contenu des composés pariétaux ; à la résistance des cellules à des composés toxiques ayant pour cible la paroi cellulaire ; et à la modification des profils d’expression de 27 gènes analysés codant des protéines de paroi cellulaire. L’identité des gènes surexprimés suggère la participation de leurs protéines dans l’intégrité de la paroi cellulaire, dans l’adhésion des gouttelettes lipidiques et dans la réponse au stress par l’oléate de méthyle et/ou le manque d’azote. Nos résultats ont aussi montré que la présence d’oléate de méthyle, huile de ricin et ricinoléate de méthyle a induit la production de DHN-mélanine chez une souche génétiquement modifiée de Y. lipolytica (MTLY40-2p) dont la β-oxydation est affectée / Yarrowia lipolytica can grow on many hydrophobic substrates and metabolize them via the β-oxidation pathway or store them into lipid bodies. The first contact between the cell and the hydrophobic substrates is by the cell wall. In this step, cell-wall proteins (CWP), β-glucane and chitin of the cell wall could play an important role for the adhesion and uptake of hydrophobic substrates. The aim of this work was to study the effect of a hydrophobic carbon source (compared with glucose) and the culture medium composition on the cell wall composition and the melanin production by Y. lipolytica. The results of our biochemical and molecular analysis showed that the presence of methyl oleate and the nutrients composition of the culture media have induced some modifications at the cell wall level. These modifications were linked with the adhesion or not of the lipid droplets to the cell surface; with a modified content of the cell wall components; with a resistance to compounds that are toxic for the cell wall, and with the modification of the expression patterns of 27 CWP genes analyzed in this work. The identity of the over-expressed CWP genes suggests the participation of their proteins in the cell wall integrity, in the adhesion of lipid droplets and in the stress response to methyl oleate and/or the nitrogen starvation. Our results have also shown that the presence of the lipids methyl oleate, castor oil and methyl ricinoleate induced the production of DHN-melanin by a mutant strain in which the β-oxidation is affected / Yarrowia lipolytica tiene la capacidad de crecer sobre numerosos substratos hidrofóbicos y demetabolizarlos a través de la β-oxidación o de almacenarlos en cuerpos lipídicos. El primercontacto entre la célula y los substratos hidrofóbicos se lleva a cabo mediante la pared celular.En esta etapa, la composición en proteínas, β-glucano y quitina de la pared celular podríajugar un papel importante en la adhesión y la toma de substratos hidrofóbicos. En el presentetrabajo se estudió el efecto de una fuente de carbono hidrofóbica (en comparación conglucosa) y la composición del medio de cultivo sobre la composición de la pared celular y laproducción de melanina en Y. lipolytica.Los resultados de nuestros análisis bioquímicos y moleculares mostraron que el oleato demetilo (un compuesto utilizado como fuente de carbono hidrofóbica) indujo modificacionesen la pared celular y estas modificaciones condujeron al aumento o la disminución de laadhesión de gotas lipídicas a la superficie celular; a la modificación del contenido de loscompuestos de la pared celular; a la resistencia de las células a compuestos tóxicos que tienencomo blanco la pared celular; y a la modificación del perfil de expresión de 27 genes quecodifican para proteínas putativas de la pared celular. La expresión de algunos de estos genesse indujo desde las primeras horas de cultivo en presencia de oleato de metilo. La identidad delos genes sobre-expresados sugiere la participación de sus proteínas en mecanismos como laintegridad de la pared celular, la adhesión de las gotas lipídicas a la superficie celular y larespuesta a estrés inducido por oleato de metilo y/o por la falta de nitrógeno en el medio.Nuestros resultados también mostraron que la presencia de oleato de metilo, de aceite dericino y de ricinoleato de metilo en el medio de cultivo, indujo la producción de un pigmentocafé en una cepa mutante de Y. lipolytica (MTLY40-2p) afectada en la β-oxidación. Ademásobservamos que el perfil espectroscópico la pared celular de la mutante MTYL40-2p, semodifica en función del substrato hidrofóbico presente en el medio de cultivo. Nuestrosresultados sugieren que el pigmento café es DHN-melanina y que la ausencia de peptona en elmedio de cultivo afecta la biosíntesis de esta melanina. A partir de un análisis in silicoproponemos los genes putativos para la biosíntesis de DHN-melanina en Y. lipolytica