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In this project a method based on surface plasmon resonance has been developed for determining the concentration of several His-tagged proteins in complex solutions. It showed large dynamic range, no measureable non-specific binding and high sensitivity (with linear range around 0.1–10 μg/ml depending on the proteins). The method showed a low variation when checked on MBP-His during an extended time period. The concentrations of the His-tagged protein in the lysate has also been determined and compared with other alternative methods. This method will later be used to analyse protein concentrations during development and optimization of chromatographic purification process.

<p>A capture step with protein A is the most common purification step in the downstream purification process of monoclonal antibodies. It is therefore of great importance to increase the knowledge of the interactions involved in this purification technique. The purpose of this master thesis project was to determine the affinity of protein A domains to IgG subclasses by surface plasmon resonance (SPR).</p><p>Besides the five homologous IgG-binding protein A domains (E, D, A, B, and C) an engineered domain, similar to domain B and used in the protein A media MabSelect Sure™ (GE Healthcare) was included in the study. The domains were expressed in E.coli, affinity purified and immobilized onto sensor chip surfaces by amine coupling. The antibodies used in the interaction analyses were of the human IgG subclasses 1, 2, 3, and 4. Affinity determination was performed by kinetic analyses with the SPR-biosensor Biacore™ 2000.</p><p>All human IgG subclasses except IgG3 were shown to bind to all protein A domains including the monomer of the SuRe ligand. The equilibrium constants, KD-values, obtained were all in the low nanomolar range. For IgG1 and IgG4, no significantly differences in the affinity to any of the protein A domains were found, except for domain E where there might be quality issues of the prepared domain. Furthermore, a detected quality issue with the commercial IgG2 made it impossible to determine the KD-values for this subclass with any reliability.</p>

A capture step with protein A is the most common purification step in the downstream purification process of monoclonal antibodies. It is therefore of great importance to increase the knowledge of the interactions involved in this purification technique. The purpose of this master thesis project was to determine the affinity of protein A domains to IgG subclasses by surface plasmon resonance (SPR). Besides the five homologous IgG-binding protein A domains (E, D, A, B, and C) an engineered domain, similar to domain B and used in the protein A media MabSelect Sure™ (GE Healthcare) was included in the study. The domains were expressed in E.coli, affinity purified and immobilized onto sensor chip surfaces by amine coupling. The antibodies used in the interaction analyses were of the human IgG subclasses 1, 2, 3, and 4. Affinity determination was performed by kinetic analyses with the SPR-biosensor Biacore™ 2000. All human IgG subclasses except IgG3 were shown to bind to all protein A domains including the monomer of the SuRe ligand. The equilibrium constants, KD-values, obtained were all in the low nanomolar range. For IgG1 and IgG4, no significantly differences in the affinity to any of the protein A domains were found, except for domain E where there might be quality issues of the prepared domain. Furthermore, a detected quality issue with the commercial IgG2 made it impossible to determine the KD-values for this subclass with any reliability.

The food processing industry requires alternative methods for detecting the foodborne pathogen Listeria monocytogenes that are cheaper and faster than the current methods. Conventional antibodies and their fragments have been used as biorecognition elements in sensors before, but their use is hindered by high production cost and relative instability. These issues are resolved by VHH fragments, derived from the heavy chain-only antibodies found in Camelidae. VHHs are inexpensive to produce, and are more resistant to environmental stressors. This work describes the isolation of phage-displayed VHHs that recognize recombinant Internalin B, a virulence factor characteristic of L. monocytogenes. Clone R303 was chosen for further characterization, and shown to bind full-length Internalin B. Furthermore, immobilized R303 was shown to capture L. monocytogenes cells. This panel of VHHs, particularly R303, can be utilized by colleagues within the Sentinel Bioactive Paper Network to make a viable biosensor for L. monocytogenes. / Sentinel Bioactive Paper Network

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Surface plasmon resonance (SPR) is a label-free, versatile and highly sensitive method for studying molecular interactions in real time. It is widely used by industry and academia alike in fields ranging from Alzheimer’s disease research to detection of heavy metals. In this review, studies published during the last 10 years using Biacore or other SPR instruments were compiled and compared. Trends were also identified in the field. Amine coupling was found to be the most common ligand strategy for proteins, and most SPR research related to the field of medicine. Furthermore, three main purposes of an SPR experiment were identified: To determine the affinity between a pair of molecules, kinetics between a pair of molecules or to detect a certain molecule in a solution. The results presented are often related to these three purposes, and are most often presented and evaluated in terms of kinetic, affinity and sensitivity constants. SPR can be used for studying a broad range of molecular interactions, and an overview was obtained by dividing up the field into different parts based on molecular interactions and SPR methods. The study of molecular interactions using SPR was divided into protein-protein interactions (PPIs), antibody-antigen, protein-biomolecule interactions, interactions between proteins and small molecules, and non-conventional SPR methods. Non-conventional SPR methods include localized surface plasmon resonance (LSPR) and SPR imaging (SPRi), which are both based on the same optical sensing principles as SPR.

Les bactéries à Gram négatif sont entourées par une enveloppe cellulaire qui, contrairement aux bactéries à Gram positif, possèdent une organisation membranaire complexe composée d’une membrane interne appelée généralement membrane cytoplasmique, un espace périplasmique contenant une matrice de peptidoglycane et une membrane externe asymétrique constituée d’une monocouche de phospholipides surmontée d’une assise de lipopolysaccharide (LPS). Afin de franchir cette barrière, les bactéries à Gram négatif ont développé différentes voies de sécrétions spécifiques dédiées à l’export des protéines (effecteurs) du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire. Jusqu'à présent, six systèmes de sécrétion ont été identifiés chez ces bactéries. Chez Pseudomonas aeruginosa, une bactérie pathogène opportuniste, le système de sécrétion de type II appelé aussi sécréton Xcp constitue l’un des facteurs principales de sa virulence. Le sécréton Xcp est un complexe macromoléculaire formé par 12 protéines, nommées XcpAO et XcpPC-XcpZM. Ce complexe macromoléculaire est organisé en trois sous-complexes : i) une plateforme d’assemblage ancrée dans la membrane interne formé par les protéines XcpRESFYLZM ii) un pore de sécrétion localisé dans la membrane externe formé par l’oligomérisation d’une protéine appelé la sécrétine XcpQD. Le pore de sécrétion est connecté à la plateforme de la membrane interne par une protéine appelée XcpPC iii) un pseudopilus périplasmique sous forme de fibre hélicoïdale qui est formé par la multimérisation d’une protéine appelée la pseudopiline majeure XcpTG. D’autres protéines appelées les pseudopilines mineures XcpUH-VI-WJ-XK intègrent le pseudopilus. La première partie du travail effectué au cours de cette thèse a eu pour but d’étudier et de comprendre par des approches structurales, biochimiques et biophysiques le mécanisme d’assemblage des pseudopilines en pseudopilus. La deuxième partie de ce travail a porté sur l’étude des réseaux d’interactions entre les substrats sécrétés et les composants de la machinerie Xcp. Durant cette thèse, nous avons ainsi i) identifier grâce à l’étude des interactions protéine-protéine l’existence d’un complexe quaternaire entre les pseudopilines mineures XcpUH-VI-WJ-XK localisées au sommet du pseudopilus ii) déterminer les structures de la pseudopiline majeure XcpTG par RMN et de la pseudopiline mineure XcpWJ par cristallographie aux rayons X iii) déterminer les différents éléments du sécréton qui interagissent avec les exoprotéines du sécréton. Ce réseau d’interaction nous a permis de proposer un modèle de fonctionnement du sécréton qui élucide le cheminement des exoprotéines dans le sécréton afin qu’elles soient exportées vers le milieu extracellulaire. / Gram-negative bacteria are characterized by a complex organization of their cell envelope composed by the inner membrane (IM) called cytoplasmic membrane, the periplasmic space containing a peptidoglycan layer and the outer membrane (OM) covered by the lipopolysaccharide matrix. Gram-negative bacteria have evolved several specialized machines called secretion systems to export their effectors from the intracellular medium to the extracellular milieu or to the host cells. Up to now, at least six secretion systems have been identified. In the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa, the type II secretion system called the Xcp secreton is the major pathway for the release of virulence factors. The Xcp secreton is a macromolecular complex composed by 12 proteins called XcpAO, XcpPC-XcpZM. This machinery is organized in 3 sub-complexes: i) the assembly platform localized in the IM implicating XcpRESFYLZM proteins ii) the OM pore composed by the oligomerization of the secretin XcpQD. The connection between the assembly platform and the secretin is performed by XcpPC anchored in the IM iii) a periplasmic pseudopilus consisting of the multimerization of the so-called major pseudopilin XcpTG. The pseudopilus is a helicoidally filament spanning the periplasmic area and pushing the substrate into the secretin pore. Four other proteins, the minor pseudopilins XcpUH-VI-WJ-XK, were found in the pseudopilus. In the present work we first focused on the study of the pseudopilus components by biochemical, biophysical and structural strategies to understand their assembly. Secondly, we investigate the protein interactome between periplasmic secreton component and secreted substrates. Thus, we revealed the presence of a quaternary complex composed by XcpUH-VI-WJ-XK located at the tip of the pseudopilus. To understand at atomic scale the regulation of the pseudopilus, we determined the structure of two components of the pseudopilus XcpTG by NMR and XcpWJ by X-ray crystallography. Using systematic protein-protein interaction studies between secreton components and purified exoproteins of Pseudomonas aeruginosa, we identified 5 proteins of the secreton able to interact with exoproteins. This interaction network allowed us to propose a model for the secretion process including the sequential steps followed by exoproteins inside the secreton to leave the cell envelop.

DC-SIGN, une lectine de type C, est un récepteur localisé à la surface des cellules dendritiques et impliqué dans la reconnaissance de nombreux pathogènes. Compte tenu du rôle central de la lectine DC-SIGN dans le détournement du système immunitaire par toute une série de pathogènes (VIH,Ebola,Dengue...),Ce récepteur est devenu une cible d'intérêt thérapeutique de premier plan. Au démarrage de ce travail, il était clair que la nature oligomérique de ce récepteur était au centre de ses propriétés de reconnaissance de pathogènes. Ainsi, nous avons entrepris le développement de molécules ligands, inhibiteurs potentiels, prenant en compte la dimension oligomerique de DC-SIGN. La structure du domaine CRD de DC-SIGN etait connue, mais très peu de données sur le récepteur dans sa version oligomerique étaient disponibles. Ainsi, nous avons procédé par technique SAXS à la caractérisation de l'organisation tétramerique de DC-SIGN qui est centrale dans la reconnaissance de pathogènes. Lors d'une exposition à un pathogènes, DC-SIGN est impliqué dans al reconnaissance et l'internalisation du pathogène dans différents compartiments lysosomiales où règne un pH acide. Ainsi, nous avons étudié les propriétés biochimiques de ce récepteur en relation avec son fonctionnement au niveau cellulaire (interaction, internalisation...).Nous avons démontré que la forme oligomerique du récepteur est pH-dépendante.

S. pneumoniae est un pathogène qui cause plus d'un million de mort par an dans le monde. L'étude de la division bactérienne, processus essentiel à la propagation des bactéries, peut fournir de nouvelles cibles thérapeutiques. DivIB/FtsQ, DivIC/FtsB et FtsL sont trois protéines centrales de la division bactérienne. Nous avons pu démontrer que ces protéines forment un complexe ternaire essentiel à la division du pneumocoque. La protéine DivIB n'est pas essentielle en milieu riche. Son absence entraîne des défauts de séparation des cellules et confirme son rôle dans la division du pneumocoque. Cependant, DivIB est essentielle à la viabilité du pneumocoque en milieu défini. Par ailleurs, nous confirmons que DivIB est nécessaire à la stabilité de FtsL in vivo et suggérons que l'essentialité de DivIB est reliée à la stabilité relative de FtsL. Une étude de la fonctionnalité des domaines a, ß et gamma de la partie extracellulaire de DivIB a révélé que le domaine ß complet est nécessaire pour restaurer le phénotype sauvage de la souche. Enfin, la délétion de divIB accentue la sensibilité du pneumocoque aux antibiotiques de la famille des ß-lactames renforçant l'idée d'un rôle de DivIB dans le métabolisme de la paroi lors de la division. DivIB semble donc être une cible de choix pour rétablir l'efficacité des antibactériens les plus testés et les plus utilisés au monde, les ß-lactames.