L'appareil de Golgi est un organite central du réseau des voies de transport intracellulaire des cellules eucaryotes. L'étude de son fonctionnement dynamique complexe nécessite le développement de nouveaux outils. J'ai donc suivi plusieurs stratégies en parallèle pour proposer de nouvelles approches d'étude de l'appareil de Golgi. <br />Tout d'abord, j'ai utilisé la technique d'Interférence ARN, qui permet d'inhiber l'expression d'une protéine d'intérêt, et ainsi révélé la complexité de la régulation du transport golgien par la GTPase Rab6. <br />Ensuite, j'ai suivi une stratégie reposant sur l'imagerie in vivo du désassemblage et du réassemblage de l'appareil de Golgi au cours de la mitose, et ainsi mis en évidence une étape particulière du désassemblage golgien. <br />Enfin, le cœur de ma thèse a consisté en la production d'anticorps recombinants dirigés contre des protéines golgiennes par Phage Display, et le développement de leur utilisation pour tracer le comportement des protéines-cibles in vivo.

Affinity proteins are invaluable tools in biotechnological and medical applications. This thesis is about combinatorial protein engineering principles for the generation of novel affinity proteins to purify mouse immunoglobulin, detect a potential cancer marker protein or inhibit a cell proliferation pathway. In a first study, ribosome display was for the first time applied to the selection of so-called affibody molecules, including the design of a ribosome display gene cassette, initial test enrichment experiments and the selection of binders against murine IgG1. One of the selected binders (ZMAB25) showed a highly selective binding profile to murine IgG1, which was exploited in the recovery of two different mouse monoclonal IgG1 antibodies from a bovine immunoglobulin-containing background. Ribosome display was further applied to the selection of affibody molecules binding to SATB1, a suggested marker protein for metastasizing adenocarcinoma. The study also included the selection of VHH antibody fragments from a naïve gene repertoire displayed on phage. Binders from both classes of protein scaffolds could be isolated that selectively recognized SATB1 but not its close homologue SATB2, and were used to detect endogenous SATB1 in Jurkat cells by immunofluorescence microscopy. The well-established phage display technology was used to select affibody molecules binding to H-Ras and Raf-1, both involved in the mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway and playing a central role in the control of cell proliferation, survival and differentiation. An isolated affibody molecule denoted ZRAF322 was found to selectively bind to Raf-1 and inhibit the interaction between H-Ras and Raf-1 in vitro. In a continued effort, ribosome display was applied to the affinity maturation of the ZRAF322 variant in a novel approach, based on repetitive cycles of diversification by error-prone PCR of the entire affibody gene and ribosome display selection, mimicking the principles of natural evolution. The method involved a monitoring of the progress of evolution and variants of ZRAF322 with 13- to 26-fold improved affinities were obtained, that contained different combinations of single or double amino acid substitutions in either previously randomized or framework positions. Implications of the substitutions for binder stability and selectivity were also investigated, showing that a higher affinity could be associated with a lower thermal melting point and that affinity-improved variants showed uncompromised binding selectivity to the hRaf-1 target. / QC 20110506

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Lorsqu'il est surexprimé ou activé constitutivement par mutation, le récepteur tyrosine kinase KIT est impliqué dans le développement de pathologies prolifératives comme les mastocytoses, les tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST) et certaines leucémies. La voie de signalisation KIT représente donc une cible thérapeutique majeure en oncologie. Le développement d'une nouvelle classe de molécules pharmacologiques appelées inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK) est en plein essor. Un exemple majeur d'ITK est l'imatinib qui cible, entre autre, KIT et est efficace dans la plupart des GIST. Cependant, le traitement aux ITK est souvent confronté au phénomène de résistance primaire ou acquise par mutation secondaire. C'est pourquoi nous cherchons à développer de nouveaux composés ciblant KIT ou les voies de transductions activées par ses formes oncogéniques, et ce par 3 approches.Nous avons récemment montré que les mutants oncogéniques de KIT ont une localisation intracellulaire alors que KIT sauvage est exprimé à la membrane. L'inhibition de l'activité kinase des mutants restaure une localisation normale. A partir de cette observation, nous avons créé et validé un test de criblage par cytométrie mesurant la relocalisation de KIT muté à la surface cellulaire. Le criblage d'une chimiothèque nous a permis de sélectionner de nouveaux inhibiteurs de la signalisation KIT actifs sur des lignées cellulaires mutées pour KIT.Nous avons utilisé la technique du phage display pour sélectionner des anticorps au format scFv et VHH spécifiques de la partie intracellulaire de KIT mutant. Lors de leur expression dans le cytosol (on parle alors d'intrabodies), leur fixation au niveau de KIT inhibe soit directement l'activité kinase, soit le recrutement de partenaires de signalisation. Nous avons obtenu des intrabodies de différentes spécificités vis-à-vis des formes de KIT dont la caractérisation fonctionnelle est en cours Les intrabodies inhibiteurs seront utilisés pour cribler des chimiothèques par ELISA. Les molécules chimiques recherchées empêcheront la fixation des intrabodies sur la région intracellulaire de KIT. On sélectionnera donc des molécules inhibant potentiellement l'oncogénicité de KIT.Nous avons développé des anticorps au format scFv-Fc par phage display qui reconnaissent le domaine extracellulaire de KIT. Deux des anticorps sélectionnés inhibent donc la signalisation induite par le SCF. Dans des lignées de leucémie exprimant KIT WT, nous avons montré que l'utilisation de ces anticorps entraîne une diminution de la viabilité cellulaire. De plus, ils diminuent également la prolifération de lignées de leucémie à mastocytes sensibles et résistantes à l'imatinib (HMC11 et HMC12, respectivement). Ils représentent donc des outils thérapeutiques potentiels pour le traitement des pathologies impliquant KIT ainsi que pour contourner la résistance aux ITK de certains mutants.

Lorsqu'il est surexprimé ou activé constitutivement par mutation, le récepteur tyrosine kinase KIT est impliqué dans le développement de pathologies prolifératives comme les mastocytoses, les tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST) et certaines leucémies. La voie de signalisation KIT représente donc une cible thérapeutique majeure en oncologie. Le développement d'une nouvelle classe de molécules pharmacologiques appelées inhibiteurs de tyrosine kinase (ITK) est en plein essor. Un exemple majeur d'ITK est l'imatinib qui cible, entre autre, KIT et est efficace dans la plupart des GIST. Cependant, le traitement aux ITK est souvent confronté au phénomène de résistance primaire ou acquise par mutation secondaire. C'est pourquoi nous cherchons à développer de nouveaux composés ciblant KIT ou les voies de transductions activées par ses formes oncogéniques, et ce par 3 approches.Nous avons récemment montré que les mutants oncogéniques de KIT ont une localisation intracellulaire alors que KIT sauvage est exprimé à la membrane. L'inhibition de l'activité kinase des mutants restaure une localisation normale. A partir de cette observation, nous avons créé et validé un test de criblage par cytométrie mesurant la relocalisation de KIT muté à la surface cellulaire. Le criblage d'une chimiothèque nous a permis de sélectionner de nouveaux inhibiteurs de la signalisation KIT actifs sur des lignées cellulaires mutées pour KIT.Nous avons utilisé la technique du phage display pour sélectionner des anticorps au format scFv et VHH spécifiques de la partie intracellulaire de KIT mutant. Lors de leur expression dans le cytosol (on parle alors d'intrabodies), leur fixation au niveau de KIT inhibe soit directement l'activité kinase, soit le recrutement de partenaires de signalisation. Nous avons obtenu des intrabodies de différentes spécificités vis-à-vis des formes de KIT dont la caractérisation fonctionnelle est en cours Les intrabodies inhibiteurs seront utilisés pour cribler des chimiothèques par ELISA. Les molécules chimiques recherchées empêcheront la fixation des intrabodies sur la région intracellulaire de KIT. On sélectionnera donc des molécules inhibant potentiellement l'oncogénicité de KIT.Nous avons développé des anticorps au format scFv-Fc par phage display qui reconnaissent le domaine extracellulaire de KIT. Deux des anticorps sélectionnés inhibent donc la signalisation induite par le SCF. Dans des lignées de leucémie exprimant KIT WT, nous avons montré que l'utilisation de ces anticorps entraîne une diminution de la viabilité cellulaire. De plus, ils diminuent également la prolifération de lignées de leucémie à mastocytes sensibles et résistantes à l'imatinib (HMC11 et HMC12, respectivement). Ils représentent donc des outils thérapeutiques potentiels pour le traitement des pathologies impliquant KIT ainsi que pour contourner la résistance aux ITK de certains mutants.

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abstract: Alzheimer's disease (AD) is the most common form of dementia leading to cognitive dysfunction and memory loss as well as emotional and behavioral disorders. It is the 6th leading cause of death in United States, and the only one among top 10 death causes that cannot be prevented, cured or slowed. An estimated 5.4 million Americans live with AD, and this number is expected to triple by year 2050 as the baby boomers age. The cost of care for AD in the US is about $200 billion each year. Unfortunately, in addition to the lack of an effective treatment or AD, there is also a lack of an effective diagnosis, particularly an early diagnosis which would enable treatment to begin before significant neuronal damage has occurred. Increasing evidence implicates soluble oligomeric forms of beta-amyloid and tau in the onset and progression of AD. While many studies have focused on beta-amyloid, soluble oligomeric tau species may also play an important role in AD pathogenesis. Antibodies that selectively identify and target specific oligomeric tau variants would be valuable tools for both diagnostic and therapeutic applications and also to study the etiology of AD and other neurodegenerative diseases. Recombinant human tau (rhTau) in monomeric, dimeric, trimeric and fibrillar forms were synthesized and purified to perform LDH assay on human neuroblastoma cells, so that trimeric but not monomeric or dimeric rhTau was identified as extracellularly neurotoxic to neuronal cells. A novel biopanning protocol was designed based on phage display technique and atomic force microscopy (AFM), and used to isolate single chain antibody variable domain fragments (scFvs) that selectively recognize the toxic tau oligomers. These scFvs selectively bind tau variants in brain tissue of human AD patients and AD-related tau transgenic rodent models and have potential value as early diagnostic biomarkers for AD and as potential therapeutics to selectively target toxic tau aggregates. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Chemical Engineering 2014

Orientador: Hélio José Montassier / Banca: Camillo Del Cistia Andrade / Banca: Janete Apparecida Desidério Sena. / Resumo: Anticorpos monoclonais se constituem na base de vários testes usados na detecção e na identificação de antígenos. Nesse contexto, tais imuno-reagentes têm sido extensivamente empregados na identificação de estirpes virais envolvidas na etiologia de surtos de bronquite infecciosa a campo, permitindo o aperfeiçoamento das técnicas de detecção e caracterização antigênica do vírus da bronquite infecciosa das galinhas (VBI). No presente estudo, uma biblioteca de fragmentos de anticorpos de galinha originalmente preparada por "phage display" contra a estirpe vacinal (H120) do VBI, foi usada para a seleção de fragmentos de anticorpos recombinantes com reatividade cruzada para as estirpes heterólogas IBVPR01, IBVPR05, isoladas de surtos a campo no Brasil e SE-17, isolada nos Estados Unidos. Após três ciclos de "panning", foi identificado pelo ELISA um conjunto de 15 anticorpos scFv expressos em fagos e com reatividade cruzada para essas mesmas estirpes do VBI. A análise por Western-blotting revelou que três desses clones apresentavam fagos expressando fragmentos de anticorpos monoclonais com reatividade cruzada para a nucleoproteína N das três estirpes do VBI e também para a forma recombinante dessa nucleoproteína derivada da estirpe M41. Concluindo, os fragmentos de anticorpos monoclonais recombinantes scFv-N produzido em fagos interagem com um epítopo mais conservado da proteína N do VBI e apresentam um grande potencial para utilização na detecção e no diagnóstico direto desse vírus e no estudo de evolução de variantes desse vírus. / Abstract: Monoclonal antibodies are the basis of various techniques used for antigen detection or characterization, and their use is specially recommended for the identification of viral strains involved in the etiology of outbreaks of infectious bronchitis, because these antibodies are homogeneous, highly specific and fully characterized, allowing the improvement of detection of immunological techniques and antigenic characterization of avian infectious bronchitis virus strains (IBV). We used a phage display library prepared previously against the IBV vaccine strain (H120) for the selection of new scFv antibody fragments reacting with heterologous IBV strains isolated from outbreaks in Brazil (IBVPR01, IBVPR05) and USA (SE-17). After three cycles of panning a set of 15 scFv antibodies was expressed in phages and exhibited crossreaction in ELISA with these three viral strains. Western-blotting analysis showed that three of this clone set were expressing scFv specific for the nucleoprotein of these IBV strains, as well as to the recombinant form of this protein derived from M41 strain of IBV. In conclusion, the recombinant fragments of monoclonal antibodies expressed by phage-display technique have a great potential for future use in immunodiagnostic techniques and study the evolution of variant strains of this virus. / Mestre

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Consumption of food contaminated with strains of Staphylococcus aureus can cause diseases, whose signs and symptoms include gastroenteritis, nausea, vomiting, diarrhea, abdominal pain within one to six hours post-consumption of contaminated food. In this way, rapid methods of detection and identification of S. aureus are essential for food quality control and food safety. At this study, objectived to select peptide that binds to S.aureus, through the technique of Phage Display (PD), for development of fast diagnostic tools, of easy handling and low cost. At this study was used bioppaning for selection of peptides that express on the surface filamentous phage peptides that binds to S. aureus. The phage DNA selected was sequenced and subjected to in silico analysis (BioEdit v7.0.9). The sequences obtained were aligned and clones underwent pre-screening (ELISA) for the evaluation of binding specificity to S. aureus. The titles of input and output in biopanning were constant. Nine valid sequences were obtained after sequencing 40 clones selected after 3 rounds of biopanning. The analysis demonstrated that four clones presented reactivity in bacteria, although tests have demonstrated that the peptides exhibited no specific binding capacity in Staphylococcus aureus. Nevertheless, the peptide H06 showed binding specificity in gram-positive bacteria used in the test of reactivity. Furthermore, the in silico analysis showed that the recombinant peptides share chemical characteristics essential the proteins of the bacterial cells. Although the S. aureus specificity had not been observed, the peptide can be used as a method of detecting contamination of food in gram-positive bacteria. In food contamination, fast screening and identification of bacterial groups, allows establish decisions about the marketing and distribution of foods and may prevent outbreaks of food intoxication and ensure food security. / O consumo de alimentos contaminados com cepas de Staphylococcus aureus pode causar doenças, cujos sinais incluem gastroenterites, náuseas, vômitos, diarreia, dor abdominal intensa dentro de uma a seis horas após o consumo do alimento contaminado. Por esta razão, métodos rápidos de detecção de S.aureus são essenciais para o controle da qualidade e da garantia da segurança alimentar. Assim, o presente estudo teve por objetivo selecionar peptídeos ligantes à S.aureus, por meio da técnica de Phage Display (PD), para desenvolvimento de ferramentas diagnósticas rápidas, de fácil manipulação e baixo custo. Neste estudo, foi realizado bioppaning para seleção de peptídeos expressos na superfície de fagos filamentosos que apresentassem peptídeos ligantes a S.aureus. O DNA dos fagos selecionados foi sequenciado e submetido a analise in silico(BioEdit v7.0.9). As sequências obtidas foram alinhadas e os clones foram submetidos à pre-screening (ELISA) para avaliação de especificidade de ligação à S. aureus. Os títulos de entrada e saída obtidos no biopanning foram constantes. Nove sequências válidas foram obtidas após o sequenciamento dos 40 clones selecionados após 3 ciclos de biopanning. A análise de reatividade demonstrou que quatro clones apresentaram reatividade à bactéria, embora os testes de especificidade demonstraram que os peptídeos não exibiram capacidade de ligação específica a S. aureus. Apesar disto, o peptídeo E06 mostrou especificidade de ligação a bactérias do gênero Staphylococcus usadas no teste de reatividade. Além disso, as análises in sílico revelaram que os peptídeos recombinantes compartilham características químicas essenciais a proteínas das bactérias. Embora a especificidade a S.aureus não tenha sido observada, neste estudo o peptídeo pode ser utilizado como um método de detecção a contaminação de alimentos por estafilococos. Nas contaminações de alimentos, a triagem rápida e métodos de identificação de grupos bacterianos permitem estabelecer decisões sobre a comercialização e distribuição e podem prevenir um surto de intoxicação, garantindo a segurança alimentar. / Mestre em Biologia Celular e Estrutural Aplicadas