L'α-Synuclein (αSyn) fibrillaire, impliqué dans la maladie de Parkinson et d’autres synucleinopathies, peut se propager entre cellules de manière « prion-like » et cette propagation est liée à la progression de la maladie. Durant cette étude, nous nous sommes tournés vers les chaperons moléculaires impliqués dans l’agrégation de l’αSyn ou bien dans sa toxicité afin de trouver des candidats capables d’interférer avec la propagation. Nous avons ensuite testé l’effet des chaperons capables de se lier aux fibres d’αSyn sur l’internalisation des fibres d’αSyn par les cellules Neuro-2a. Nous démontrons que l’interaction avec l’αSyn agrégeant avec αB-crystallin (αBc) ou Carboxyl terminus of Hsc70-interacting protein (CHIP) a mené à la formation de fibres qui sont moins internalisées par les cellules. Enfin, en passant par une stratégie de pontage chimique optimisé couplé à la spectrométrie de masse, nous avons identifié les zones d’interaction entre l’αSyn fibrillaire et soit αBc, soit CHIP. Ces résidus issus des chaperons, se trouvant à proximité des fibres d’αSyn dans les complexes, pourraient être développés dans des mini-chaperons peptidiques, capables d’enrober la surface des fibres et ainsi de bloquer la liaison à la membrane et l’internalisation des fibres. De surcroît, des polypeptides issus des partenaires précédemment identifiés d’αSyn ont été testé pour leur liaison aux fibres et leur effet sur la propagation des fibres. / Fibrillar α-Synuclein (αSyn) is the molecular hallmark of Parkinson’s Disease and other synucleinopathies. Its prion-like propagation between cells is linked to disease progression. In this study, we looked to molecular chaperones previously implicated in αSyn fibrillation and/or toxicity to identify proteins capable of binding αSyn fibrillar aggregates in order to target their propagation. We further assessed the effect of the fibril-binding chaperones on internalization of αSyn fibrils by Neuro-2a cells. We demonstrate that the interaction of aggregating αSyn with αB-crystallin (αBc) or Carboxyl terminus of Hsc70-interacting protein (CHIP) led to the formation of fibrils that are less internalized by cells. Finally, using an optimized chemical cross-linking and mass spectrometry strategy, we identified the interaction areas between fibrillar αSyn and either αBc or CHIP. These chaperone residues, located proximally to αSyn fibrils, could be subsequently developed into peptidic mini chaperones, capable of coating the fibril surface and thereby blocking fibrillar cell binding and internalization. Furthermore, polypeptides derived from previously identified αSyn binding partners were tested for their binding to αSyn fibrils and subsequent effect on fibril propagation.

L’élucidation des interactions non-covalentes des complexes biologiques revêt d’une importance majeure dans la compréhension du fonctionnement cellulaire. L’objectif de ce travail de thèse est d’approfondir les développements de la spectrométrie de masse (MS) pour l’étude de ces complexes, que ce soit par MALDI-MS (la désorption-ionisation laser assistée par matrice) ou par ESI-MS (l’ionisation électrospray). Ce travail s’est articulé autour de trois axes : i) étude de la stœchiométrie et de la topologie du complexe SAGA HAT (Spt-Ada-Gcn5 Acétyltransferase, module Histone Acétyl Transferase) par pontage chimique couplé à la MS ; ii) suivi de la dimérisation des complexes formés par RAR-RXR (récepteur de l’acide rétinoïque - récepteur X des rétinoïdes) avec différents ADNs ; iii) mesure de la constante de dissociation des complexes RXR-ligand. Les méthodologies développées ont permis de repousser le potentiel de la MS et d’obtenir des informations structurales des complexes biologiques. / Elucidation of non-covalent interactions of biological complexes takes on great importance for the understanding of cellular function. The purpose of this thesis is a further development of mass spectrometry (MS) for the study of these complexes, either by MALDI-MS (matrix-assisted laser desorption-ionization) or by ESI-MS (electrospray ionization). This work was focused on three main lines: i) study of the stoichiometry and the topology of SAGA HAT (Spt-Ada-Gcn5 Acetyltransferase, Histone Acetyl Transferase module) complex by chemical cross-linking coupled to MS; ii) monitoring the dimerization of the complexes formed by RAR-RXR (retinoic acid receptor - retinoid X receptor) with different DNAs; iii) measuring the dissociation constant of RXR-ligand complexes. The developed methodologies made it possible to expand the potential of MS and get insight into structure of biological complexes.

Ce travail de thèse porte sur le développement de méthodes de spectrométrie de masse (MS) structurale pour la caractérisation de systèmes protéiques complexes, souvent réfractaires aux approches biophysiques classiques. Dans ce contexte, les développements entrepris furent notamment focalisés sur la caractérisation de complexes impliqués dans la biogénèse des ribosomes et dans la régulation transcriptionnelle, fonctions cellulaires essentielles pouvant être liées à de nombreuses pathologies humaines dont certains cancers. Ainsi, les approches par MS native, pontage chimique et d’HDX-MS ont permis de renseigner sur la connectivité, les proximités spatiales ou encore la dynamique conformationnelle retrouvées au sein des complexes étudiés. Parmi ces techniques, l’HDX-MS permet une approche comparative basée sur les mesures d’incorporations en deutérium renseignant sur la dynamique conformationnelle d’une protéine sous différents états. Aussi, la combinaison d’approches de MS structurale a permis d’approfondir la caractérisation des systèmes complexes étudiés, démontrant ainsi l’intérêt d’une approche intégrative dans ce contexte. / This PhD thesis focuses on developing methods in structural mass spectrometry (MS) to characterize complex protein systems, given their size and their heterogeneity, frequently inaccessible by classical biophysic approaches. In this context, methodological developments have particularly focused on the characterization of protein complexes involved in ribosomes biogenesis and transcriptional regulation. These fundamental cellular processes are related to numerous diseases such as cancers and genetic diseases. Thus native MS, crosslink, and hydrogen/deuterium exchange coupled to MS (HDX-MS) allowed gaining insights about the stoechiometry, spatial proximities and conformational dynamics of studied systems. Among these approaches, HDX-MS enables a comparative approach based on deuterium incorporation measurements giving information about the conformational dynamics of labeled proteins in various experimental conditions. Finally, the combination of structural approaches enables to deeply characterize complex protein systems, highlighting the advantages of an integrative approach in this context.