Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L'objectif de ce travail consiste en l'étude in vitro des phénomènes d'autoassemblage des molécules de collagène de type I en phases denses. Dans un premier temps nous nous sommes consacrés à l'étude de solutions colloïdales de collagène solubilisé en milieu acide. Nous avons étudié la transition isotrope/cholestérique ainsi que la structure de la phase cristal-liquide obtenue à l'aide de la microscopie optique à lumière polarisée et de la diffusion des rayons X aux petits angles. De plus, nous avons décrit les propriétés rhéologiques de ces solutions à l'aide d'expériences en régime oscillant en géométrie cône-plan. Ensuite, nous avons cherché à déterminer l'influence de quelques paramètres physicochimiques simples sur la formation de gels fibrillaires à partir des solutions acides (la « fibrillogenèse »). Ces gels ont été caractérisés par diffusion des rayons X et microscopie électronique à transmission sur coupes ultrafines. Enfin, nous présentons quelques expériences de minéralisation de ces matrices fibrillaires ordonnées ; nous y montrons comment nous avons réussi à obtenir une phase minérale coalignée avec la phase organique. Ce travail s'inscrit dans un contexte plus large de compréhension de la morphogenèse tissulaire et de la synthèse de biomatériaux ordonnés.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les dépôts amyloïdes sont des dépôts fibrillaires extracellulaires associés à la maladie d'Alzheimer, dont le constituant principal est le peptide amyloïde (Aβ). La fibrillogenèse d'Aβ s'accompagne d'une transconformation du peptide, depuis une structure secondaire principalement en hélice au voisinage des membranes ou non structurée en milieu aqueux vers une structure en feuillet β. Cette transconformation est couplée à une oligomérisation. Les plaques amyloïdes renferment une quantité importante de cations métalliques, en particulier Zn2+, et le peptide amyloïde y est caractérisé par une grande hétérogénéité de sa partie N-terminale qui présente des troncations et des isomérisations/racémisations. Ces modifications et l'interaction d'Aβ avec les cations ont été proposées comme des facteurs contribuant à la déposition amyloïde.<br />Afin de caractériser ces différents mécanismes moléculaires, nous avons examiné la région N-terminale 1-16 du peptide amyloïde, Aβ(1-16), qui apparaît impliquée dans l'interaction du peptide avec les cations métalliques et renferme plusieurs sites susceptibles de subir des modifications liées au vieillissement protéique. Du fait de son accessibilité au sein des fibrilles amyloïdes, ce domaine d'Aβ constitue une cible thérapeutique potentielle, notamment pour un traitement immunologique.<br />Au cours de ce travail, nous avons mis en évidence la plasticité conformationnelle d'Aβ(1-16) par dichroïsme circulaire (DC) et RMN et nous avons caractérisé la structure qu'adopte ce peptide en milieu aqueux et en milieu mimant un environnement membranaire. Nous avons également identifié les formes produites par vieillissement in vitro. Le complexe Aβ(1-16)/Zn2+ a été examiné par DC, RMN et ESI-MS, ce qui a conduit à établir un modèle d'attachement du cation Zn(II) au peptide Aβ(1-16). Ce modèle implique une coordination tétraédrique de Zn(II), les résidus H6, E11, H13 et H14 étant identifiés comme ligands. Nous avons de plus montré que l'interaction Aβ(1-16)/Zn2+ modifie le profil de vieillissement protéique et exerce un effet agoniste sur la reconnaissance de la région 1-16 d'Aβ par des anticorps spécifiques. La conformation de deux peptides isomères issus du vieillissement d'Aβ(1-16), Aβ(1-16)-L-IsoAsp7 et Aβ(1-16)-D-Asp7 a été examinée par RMN. Un changement conformationnel local est observé dans la région H6-S8 par rapport à Aβ(1-16), mais pas de remaniement conformationnel global. L'étude de l'interaction Aβ(1-16)-L-IsoAsp7/Zn2+ par RMN a suggéré la participation du résidu IsoAsp7 à la coordination du cation Zn(II).<br />Enfin, une étude complémentaire entreprise sur Aβ(1-40) a mis en évidence l'absence de fibrillogenèse du peptide en présence d'ions Zn2+ ou d'anticorps ciblant la région N-terminale d'Aβ, au profit de la formation de différents types d'agrégats. Ces résultats suggèrent que les différentes interactions établies entre la région N-terminale 1-16 d'Aβ et Zn2+ ou des anticorps anti-Aβ inhiberaient la fibrillogenèse du peptide amyloïde pleine longueur.

La matrice extracellulaire est composée d’environ 300 protéines et protéoglycanes qui constituent le matrisome et de 800 protéines associées (Naba et al., 2012a) et glycosaminoglycanes. C’est un protéome sous-exploré qui est modifié dans de nombreuses pathologies. Les fragments bioactifs issus de la matrice extracellulaire (matricryptines) sont capables de réguler des processus physiopathologiques et notamment l’angiogenèse et les pathologies cérébrales (Ricard-Blum and Salza, 2014). Environ 90 % des patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA) ont une angiopathie amyloïde cérébrale. L’angiogenèse contribue au déroulement de la MA. Nous nous sommes intéressés à l’endostatine (ES), une matricryptine du collagène XVIII qui possède des activités anti-angiogéniques, anti-tumorales et est également présente dans les plaques amyloïdes chez les patients atteints de la MA. Elle est libérée par les neurones et est capable de former des fibrilles amyloïdes in vitro (Kranenburg et al., 2003). Elle pourrait donc avoir une implication dans la MA. Nous avons montré que l'ES est présente dans le liquide céphalorachidien et que le rapport de sa concentration à celle des marqueurs classiques de la MA permet d’améliorer le diagnostic des patients atteint de démence fronto-temporale (DFT) et de discriminer les patients atteints de MA de ceux atteint de DFT et de pathologie nonMA/nonDFT. Nous avons établi les répertoires d’interactions extracellulaire du peptide -amyloïde (1-42) sous formes monomérique, oligomérique, fibrillaire ou agrégée et montré que l’oligomérisation et la fibrillogenèse augmentent la capacité d’interaction du peptide -amyloïde. Nous avons établi le réseau d’interaction global de l’endostatine par résonance plasmonique de surface en mode imagerie et identifiés 21 nouveaux partenaires de cette matricryptine. Nous avons plus particulièrement caractérisé son interaction avec la Procollagen C-Proteinase Enhancer-1, une protéine dont nous avons montré qu’elle donne naissance à une matricryptine anti-angiogénique. Nous avons enfin construit les réseaux d’interactions extracellulaires spécifiques de l’angiogenèse et de la maladie d’Alzheimer et des processus amyloïdes pour identifier les protéines connectant ces deux processus qui sont des cibles thérapeutiques potentielles. Ces réseaux d’interactions ont été créés à l’aide de 239 interactions que nous avons identifiées expérimentalement et des interactions décrites dans la littérature. Ces données seront à terme disponibles dans la base de données spécifique des interactions extracellulaires créée au laboratoire, MatrixDB, dans la nouvelle version à laquelle nous avons contribué. / The extracellular matrix include approximately 300 proteins and proteoglycans which constitute the matrisome and 800 associated proteins (Naba et al., 2012a) and glycosaminoglycans. It is an under-explored proteome which is modified in many diseases. Extracellular matrix bioactives fragments (matricryptins) are able to regulate physiopathological process like angiogenesis and cerebral disorders (Ricard-Blum and Salza, 2014). About 90 % of patients with Alzheimer's disease (AD) have cerebral amyloid angiopathy. Angiogenesis contributes to the development of AD. We are studying endostatin (ES), a matricryptin of collagen XVIII which has anti-angiogenic and anti-tumoral activities and is also present in amyloid plaques in AD patients. ES is released by neurons and is able to form amyloid fibrils in vitro (Kranenburg et al., 2003). This anti-angiogenic matricryptin could therefore be involved in AD. We have shown that ES is present in the cerebrospinal fluid of AD patients and the ratio of its concentrations to conventional markers of AD improves the diagnosis of patients with frontotemporal dementia (FTD) and discriminate AD patients from those suffering from FTD and pathology noAD/noDFT. We have established the extracellular interactions repertoires of the -amyloid peptide (1-42) in monomeric, oligomeric, fibrillar or aggregated forms and showed that the oligomerization and fibrillogenesis increase the interaction capacity of the -amyloid peptide. We have established the global interaction network of endostatin by surface plasmon resonance imaging and identified 21 new partners of this matricryptin. Specifically, we characterized its interaction with the Procollagen C-Proteinase Enhancer-1, a protein which gives rise to an anti-angiogenic matricryptin. We finally built networks of specific extracellular interactions of angiogenesis and of Alzheimer's disease and amyloid process to identify proteins connecting these two processes that are potential therapeutic targets. These interaction networks have been built using 239 interactions including those we have identified experimentally and those described in the literature. This data will be available in the database specific of extracellular interactions created in the laboratory, MatrixDB, in the new version of which we contributed.