L'objectif de ce travail était de développer une méthode de traitement de l'échantillon permettant l'analyse par LC-MS2 d'adduits formés entre des composés neurotoxiques organophosphorés (OPNA) et la butyrylcholinesterase, protéine plasmatique. En vue d'une automatisation totale du processus analytique, une étape d'immunoextraction a été couplée à un réacteur de digestion enzymatique (IMER), suivie d'une analyse par microLC-MS2 afin de détecter le peptide adduit par l'OPNA. Tout d'abord, la synthèse d'IMER de pepsine a été optimisée. L'IMER le plus performant a été appliqué à la digestion de la BuChE afin d'analyser le peptide biomarqueur d'intoxication, par nanoLC-MS2. Un IMER de pepsine, de dimensions supérieures a pu être rapidement intégré à un système d'analyse microLC-MS2, permettant la digestion de la BuChE et l'analyse en ligne du peptide cible. Dans un second temps, une méthode d'extraction sélective a été développée par immobilisation de différents anticorps anti-BuChE sur un support solide appelé immunoadsorbant. Le protocole d'immunoextraction a été mis au point, puis les immunoadsorbants ont été caractérisés en termes de sélectivité et de rendement d'extraction avant d'envisager son couplage au digesteur enzymatique. La faisabilité du couplage a pu être clairement démontrée et ce dispositif automatisable a été appliqué à l'analyse de la BuChE de plasma humain, dopé par des OPNA. Cela a permis la détection rapide et sensible des adduits OPNA-BuChE, à partir de très faibles quantités de plasma. / The objective of this work was to develop a sample treatment method for the LC-MS2 analysis of adducts formed between organophosphorus nerve agent (OPNA) and butyrylcholinesterase, a plasmatic protein. In order to fully automate the analytical process, an immunoextraction step was coupled to an enzymatic digestion reactor (IMER), followed by microLC-MS2 analysis to detect the OPNA-peptide adduct. First, the synthesis of pepsin-based IMER was optimized. The most powerful pepsin-based IMER was applied to the digestion of HuBuChE to generate the peptide used as biomarker of OPNA intoxication that was further analyzed by nanoLC-MS2. This pepsin-based IMER was then integrated into a microLC-MS2 analytical system, allowing the on-line digestion of HuBuChE and the analysis of the target peptide. In a second step, a selective extraction method was developed by immobilizing anti-HuBuChE antibodies on a solid support, called immunosorbent. The immunoextraction protocol was developed and the immunosorbents were characterized in terms of selectivity and extraction yield before being coupled to the IMER. The feasibility of the coupling was clearly demonstrated and this automatable device was used for the analysis of HuBuChE from human plasma, spiked with OPNA. This allowed the fast and sensitive detection of OPNA-BuChE adducts in very small amounts of plasma.

Au niveau de la jonction neuromusculaire (JNM) squelettique de Vertébrés, deux enzymes d'une remarquable efficacité peuvent hydrolyser l'acétylcholine (ACh) : l'acétylcholinestérase (AChE) et la butyrylcholinestérase (BChE). L'hydrolyse de l'ACh dépend non seulement de l'activité enzymatique de l'AChE et de la BChE mais également de leur localisation. Ces deux enzymes semblent posséder des capacités fonctionnelles différentes dont l'importance relative n'a pas encore été établie.<br />Nous avons choisi une approche génétique pour analyser le rôle des cholinestérases dans la transmission neuromusculaire. Nous disposons de plusieurs lignées de souris qui présentent un déficit dans l'hydrolyse de l'ACh à la jonction neuromusculaire. Certaines de ces souris génétiquement modifiées n'ont plus d'activité enzymatique AChE (souris AChE KO) dans tous les tissus, d'autres ne possèdent que la forme moléculaire soluble de l'AChE (souris AChE Del E5,6), d'autres sont dépourvues de la forme ancrée à la membrane par un glycophospholipide (souris AChE Del E5/neo) ou des formes ancrées à la membrane par PRiMA (souris PRiMA KO) ou totalement de BChE (souris BChE KO). La caractérisation des JNM de ces souris par des approches électrophysiologiques et de microscopie confocale nous a permis d'appréhender les rôles des différentes formes moléculaires des cholinestérases dans la transmission neuromusculaire ainsi que les éventuelles adaptations pré- et postsynaptiques qui conditionnent l'efficacité synaptique.<br />Malgré l'absence totale ou partielle d'AChE, les souris développent des contractions tétaniques dans une gamme de fréquences physiologiques (10 à 100 Hz) mais ne peuvent pas les maintenir constantes à des fréquences supérieures à 30 Hz. Chez ces souris, l'inhibition de la BChE entraîne une accentuation de la dépression de ces réponses, ce qui suggère que la BChE joue un rôle de modulateur dans la transmission synaptique. De plus, les cours temporels des réponses synaptiques enregistrées au niveau des JNM sont augmentés de par l'activation répétitive des récepteurs nicotiniques de l'ACh (RnACh) par l'ACh. Enfin, des remodelages pré- et postsynaptiques post-nataux ont été mis en évidence au niveau des JNM. Ces remodelages synaptiques sont probablement dus à l'adaptation des RnACh et des terminaisons nerveuses motrices face à l'absence d'activité enzymatique de l'AChE.<br />Nous proposons que, chez ces souris génétiquement modifiées, la petite taille des aires de distribution des RnACh ainsi que la discontinuité des amas de ces récepteurs et de celle des terminaisons nerveuses permettent à l'ACh de diffuser facilement et rapidement hors de la fente synaptique.

Les pesticides et toxiques de guerre organophosphorés sont responsables d'intoxications qui se révèlent préoccupantes pour les autorités sanitaires. La recherche de solutions thérapeutiques pour pallier le manque de moyens efficaces pour contrer ces intoxications apparaît comme essentielle. L'acétylcholinestérase (AChE), enzyme de régulation de l'influx nerveux, en est la cible principale.Au cours de cette thèse, nous avons, d'une part, mis en place une stratégie de conception de molécules capables de réactiver les cholinestérases dites vieillies. Dans ce but, plusieurs dizaines de molécules ont été conçues et synthétisées. Leur évaluation in silico par docking moléculaire et in vitro par mesure d'affinité pour l'enzyme et par étude cristallographique n'a pas permis d'obtenir la réalkylation espérée, mais ce travail nous a offert quelques nouvelles perspectives.D'autre part, nos travaux de cristallographie de l'inhibition de la butyrylcholinestérase humaine par les agents V et le sarin montrent que cette cholinestérase a une énantiosélectivité altérée pour ces inhibiteurs chiraux par rapport à l'AChE humaine. Ceci implique la nécessité de quantités d'enzyme plus importantes pour atteindre la capacité protectrice désirée et donc un surcoût non négligeable. L'AChE humaine serait finalement un bioépurateur de neurotoxiques organophosphorés économiquement plus viable. / Organophosphate pesticides and chemical warfare are responsible for poisoning that pose to health security issues. The research of therapeutic solutions to overcome the lack of effective means to counter these poisonings is essential. Acetylcholinesterase (AChE), the enzyme involved in the regulation of nerve impulses, is the main target. ln this thesis, we have, first, set up a strategy for designing molecules that can reactivate aged cholinesterases. To this purpose, severa! dozen molecules have been designed and synthesized. Evaluation in silico by molecular docking and in vitro by rneasuring affinity for the enzyme and crystallographic study did not observe the desired realkylation. But this work opened new perspectives.Secondly, our crystallographic work on the inhibition of human butyrylcholinesterase by V-agents and sarin shows that cholinesterase has altered enantioselectivity for these chiral inhibitors of human AChE. This implies that larger amounts of enzyme are required for the desired protection and thus, a significant additional cost. Human AChE seems finally a more suitable neurotoxic bioscavenger.

La première partie de ce travail concerne le greffage d'enzymes sur l'oxyde de nickel NiO et les oxydes de silicium SiO et SiO₂. Le greffage sur l'oxyde de nickel est obtenu après activation au chlorure de cyanuryle. L'enzyme test est l'uréase. Le greffage sur les oxydes de silicium est effectué en 2 étapes. Les oxydes ont d'abord été silanisés puis l'uréase et la butyrylcholinestérase sont respectivement greffées sur ces oxydes silanisés, par l'intermédiaire du glutaraldéhyde, SiO et SiO₂. Les méthodes de Lineweaver-Burk et Infra-Rouge à Transformée de Fourier sont utilisées pour l'exploitation des expériences, et la détermination des conditions optimales de travail (solvant, temps d'immobilisation,. . .). La seconde partie concerne la mise au point d'un biocapteur, basé sur une électrode en palladium/oxyde de palladium. L'uréase et la butyrylcholinestérase ont été immobilisées en surface par réticulation. Le greffage d'uréase en monocouche utilisant le chlorure de cyanuryle est aussi effectué. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux fournis par le greffage en multicouches. Les réponses de l'électrode à uréase greffée en monocouche et en multicouches ont été explicitées à l'aide d'un modèle théorique.

Les pesticides et toxiques de guerre organophosphorés sont responsables d'intoxications qui se révèlent préoccupantes pour les autorités sanitaires. La recherche de solutions thérapeutiques pour pallier le manque de moyens efficaces pour contrer ces intoxications apparaît comme essentielle. L'acétylcholinestérase (AChE), enzyme de régulation de l'influx nerveux, en est la cible principale.Au cours de cette thèse, nous avons, d'une part, mis en place une stratégie de conception de molécules capables de réactiver les cholinestérases dites vieillies. Dans ce but, plusieurs dizaines de molécules ont été conçues et synthétisées. Leur évaluation in silico par docking moléculaire et in vitro par mesure d'affinité pour l'enzyme et par étude cristallographique n'a pas permis d'obtenir la réalkylation espérée, mais ce travail nous a offert quelques nouvelles perspectives.D'autre part, nos travaux de cristallographie de l'inhibition de la butyrylcholinestérase humaine par les agents V et le sarin montrent que cette cholinestérase a une énantiosélectivité altérée pour ces inhibiteurs chiraux par rapport à l'AChE humaine. Ceci implique la nécessité de quantités d'enzyme plus importantes pour atteindre la capacité protectrice désirée et donc un surcoût non négligeable. L'AChE humaine serait finalement un bioépurateur de neurotoxiques organophosphorés économiquement plus viable.

L'étude porte sur une électrode à butyrylcholinestérase immobilisée, destinée à la détection de pesticides et insecticides inhibiteurs de cette enzyme, en particulier les organophosphorés et les carbamates. Les conditions optimales de mise au point et d'utilisation de cette électrode sont étudiées, ainsi que son comportement en présence d'inhibiteurs solubles dans l'eau, représentés, par le paraoxon. La détection d'inhibiteurs insolubles dans l'eau est effectuée dans un mélange tampon phosphate-éthanol ou méthanol. Le champ des interférences connues est élargi aux sels d'halogénures, et les possibilités de régénération de la butyrylcholinestérase inhibée optimisées. La détection en routine d'inhibiteurs dans les eaux exposées à des risques de pollution accidentelle est mise au point grâce à un ensemble automatisé, dont le fonctionnement est explicité. Un modèle théorique permet d'expliciter certains résultats de l'expérience.