Dans un avenir proche, les dispositifs de détection médicaux miniaturisés en temps réels (lab-on-chip) seront au centre de la révolution des méthodes de diagnostics médicaux et d'identification des processus biologiques et cela, autant au niveau clinique qu'au niveau de la recherche. Pour y arriver, il est important de développer des chimies de surface stables et spécifiques, ce qui demande une compréhension des interactions intermoléculaires à l'interface liquide/solide. Pour bien comprendre ces interactions, il est important de développer des instruments adaptés à la mesure près de l'interface liquide/solide des différentes caractéristiques à identifier. Ce projet de recherche présente la conception, la fabrication et les expériences tests d'un capteur multimodal pour l'identification de processus biologiques à l'interface basés sur des technologies de résonance des plasmons de surface (SPR) et de microcalorimérie. Ces deux technologies mises ensemble vont permettre d'effectuer des mesures de la cinétique des interactions ainsi que des caractéristiques thermodynamiques. En premier lieu, les caractéristiques d'une interaction intermoléculaire à l'interface d'une réaction d'hybridation d'ADN furent définies afin d'en déduire un cahier des charges pour les transducteurs. Suite à cela, la conception des transducteurs microcalorimétrique et SPR furent réalisés en tenant compte des contraintes de chacun des transducteurs. Suite à la conception théorique des différentes parties du capteur, un procédé de fabrication compatible avec les méthodes de fabrication standard de la microélectronique fut défini et testé. Afin de s'assurer de la fonctionnalité des dispositifs ainsi fabriqués, des tests de fonctionnalisation de surface furent appliqués sur les échantillons afin de tester la compatibilité du procédé de fonctionnalisation avec les méthodes de fabrication et avec une chimie de surface type. Pour terminer, un système de mélange actif fut testé et caractérisé avec le dispositif de microcalorimétrie afin de s'assurer qu'il était possible de mélanger les fluides avec les produits biologiques pour s'assurer de la qualité de la réaction de surface. Le système développé pourra être utilisé pour effectuer la mesure d'hybridation d'ADN à l'interface. Le système intègre deux modalités permettant la caractérisation en temps réel des interactions intermoléculaires à l'interface liquide/solide. Ce type de système permet la mesure de la cinétique de différents modèles biologiques tels que les puces à sucre encore certains récepteurs cellulaires ou la mesure de conformation moléculaire à l'interface. Des mesures d'oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase sont montrées.

Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2006.

Oxidative stress is an important factor in carcinogenesis of oncohematological diseases. However its role in the pathogenesis of myelodysplastic syndromes (MDS) remains unclear. In this study, we have determined the oxidative status and evaluated proteomic changes in plasma of MDS patients as a consequence of oxidative dysbalance (oxidative modifications, protein-protein interaction and complex forming). We measured the levels of total cysteine, homocysteine, cysteinyglycine, glutathione, nitrites and nitrates in the plasma from 61 MDS patients and 23 healthy donors using high performance liquid chromatography. Glutathione and nitrites levels reduced significantly while other aminothiols levels increased significantly in plasma of MDS patients. This association with oxidative stress did not correlate with iron overload. We also found enhanced levels of asymmetric dimethylarginine in serums of middle aged patients with MDS that correlate to posttranslational modifications of proteins arginyl residues. Furthermore, carbonylated proteins level was significantly elevated in MDS patients compared to healthy donors. Using mass spectrometry, 5 S-nitrosylated blood platelets proteins were identified in plasma and blood platelets of MDS patients and set of 16 plasma proteins with high probability of...

Tumour necrosis factor-stimulated gene-6 (TSG-6) is a protein expressed in a wide range of cell types and tissues, predominantly in response to inflammatory stimuli. The expression of TSG-6 is believed to be associated with the protection of tissues from the damaging effects of inflammation. In animal models treatment with TSG-6 protein has been found to reduce inflammatory damage in myocardial infarction, corneal injury and arthritis. Endogenous TSG-6 production has been suggested to play a protective role in inflammatory arthritis and has been implicated in bone homeostasis. The expression of TSG-6 is also essential in the process of cumulus matrix formation that occurs around the oocyte in the periovulatory period and is necessary for successful ovulation and fertilisation. In many cases the mechanism underlying a particular TSG-6 function is not fully understood. TSG-6 has numerous binding partners including the serum glycoprotein inter-alpha-inhibitor (IαI), the growth factor bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) and the extracellular matrix protein fibronectin, as well as glycosaminoglycans (GAGs) such as hyaluronan and heparan sulphate (HS). The TSG-6 protein is mostly composed of contiguous Link and CUB domains, with the majority of ligand binding sites identified within the Link module. The CUB domain of TSG-6 has been less extensively studied. Here biophysical techniques have been used to investigate the TSG-6 interactome including both the Link module and CUB domain. Intrinsic fluorescence spectroscopy was used to establish the metal-ion binding properties of the CUB domain, which was established to have a high affinity Ca2+-binding site. Using surface plasmon resonance (SPR), a novel metal-ion dependent interaction was found for the CUB domain of TSG-6 and the heavy chains (HCs) of IαI. Investigation using mutants of both the CUB domain of TSG-6 and HC of IαI established that the metal-ion binding sites within each protein are involved in the interaction. SPR analysis was also used to define the affinities and binding sites for TSG-6 interactions with fibronectin and BMP-2. High affinity interactions between TSG-6 ligands were also revealed (e.g. BMP-2 and HC, fibronectin and HC) and their binding sites defined. The discovery of the novel interactions between these TSG-6 ligands suggests crosstalk within the TSG-6 interactome, with the potential for ternary complex formation or indeed hierarchical orders of binding. Thus work was undertaken to develop a passivated lipid bilayer platform for use with surface sensitive techniques. This platform was used to investigate the hierarchy of protein and GAG interactions using quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) and dual polarisation interferometry (DPI). The investigation revealed a novel role for the Link module of TSG-6 in heparin condensation, potentially via protein dimerisation and/or oligomerisation which could affect heparin/HS functions within the extracellular matrix (ECM). Thus the biophysical analysis of TSG-6 presented here has identified novel interactions and functions of TSG-6 which may provide mechanisms for the protective functioning of TSG-6 in inflammation and its ECM structuring role in ovulation.

Même si les anticorps sont plus connus pour leur capacité à neutraliser les agents infectieux en se liant aux antigènes via leurs paratopes, leurs fragments cristallisables (Fc) sont aussi impliqués dans la signalisation des réponses immunitaires en se liant à des récepteurs spécifiques. Les interactions entre les récepteurs et les anticorps sont reconnues pour être affectées par la glycosylation des anticorps. Pour observer la cinétique de telles interactions biologiques, une des méthodes les plus utilisées est la spectroscopie de résonance des plasmons de surface (SPR). La synthèse et l’analyse, via SPR, d’anticorps en laboratoire sont un procédé long et exigeant si toutes les étapes sont réalisées manuellement. La possibilité d’effectuer le couplage d’un appareil SPR commercial à un bioréacteur pourrait être envisagée, mais le coût d’achat et d’opération d’un tel appareil SPR limiterait l’utilité d’un tel projet pour une possible utilisation à plus grande échelle. C’est pourquoi le couplage d’un appareil SPR de faible coût et d’un bioréacteur serait avantageux. Cela permettrait de superviser la synthèse des anticorps et leur affinité au récepteur en temps ‘’réel’’. Ce mémoire de maîtrise explorera le développement de deux des composantes nécessaires pour la réalisation de ce couplage entre le SPR et un bioréacteur, soit la chimie de surface pour passiver le capteur SPR et un algorithme d’optimisation par nuée de particules (Particles swarm Optimisation) évolutive. L’algorithme réalisera une corrélation du signal obtenue d’un instrument P4-SPR aux équations cinétiques décrivant les interactions entre les anticorps et leurs récepteurs dans le but d’obtenir les constantes cinétiques et thermodynamiques (Kd,kon,koff). De plus, ce mémoire présentera une étude qui a été réalisée afin de minimiser l’adsorption non spécifique des molécules composant le biocapteur et maximiser le signal de l’anticorps Trastuzumab (TZM), utilisé dans le couplage de l’instrument P4-SPR au bioréacteur, sur des monocouches de composition variée. / While antibodies are best known to help the neutralization of pathogens by binding to the antigens with their paratope, their crystallizable fragment region (Fc region) is also used to trigger immune response by binding to specific receptors. Interactions between receptors and antibodies are known to be affected by the glycosylation the antibodies. To observe the kinetic of those interactions, one of the favored method is surface plasmon resonance (SPR). However, a substantial time may have elapsed between synthesis of a modified antibody and its test in a SPR apparatus as the two are not coupled and oftentimes in different laboratories. The coupling of a SPR and a bioreactor would accelerate the process, but using a commercial instrument would limit it usefulness due to the high price and high cost of use of these SPR instruments. This is why the coupling of a low-cost SPR to a bioreactor is of interesting in the context of glycosylated antibody production. This could permit to monitor the synthesis of the antibody and it affinity to the target receptor in near real time. This masters’ thesis will show the development of two of the essential components, consisting in the surface chemistry to passivate the SPR chip and an algorithm using an evolving PSO (Particles Swarm Optimisation), to estimate kinetic and thermodynamics constants (Kd,kon,koff) by correlating the signal obtained of a P4-SPR instrument to the kinetic and thermodynamics equations describing the interactions between antibodies and their receptors. The thesis also presents the results of the tests while trying to minimize nonspecific adsorption of the molecules used for the biosensor on multiple self-assembled monolayers (SAM) and maximize signal of the antibody named Trastuzumab (TZM) and used in the coupling of the P4-SPR to the bioreactor.

This thesis aims to prepare functional gold nanoparticles (AuNPs) and use them in conjunction with a surface plasmon resonance (SPR) biosensor for highly sensitive detection of carcinoembryonic antigen (CEA). In this work, preparation of colloidal AuNPs was investigated and a three-step synthesis was optimized to yield spherical nanoparticles with a diameter of about 100 nm and smooth surface. The synthesized AuNPs were functionalized by a self-assembled monolayer of carboxy-PEG alkanethiols and streptavidin and characterized by UV/VIS spectroscopy and -potential method. Finally, the functionalized AuNPs were employed in sandwich assay for the sensitive detection of CEA and it was demonstrated that they can enhance sensor response to CEA by a factor of 100 compared to the direct detection of CEA.

Les acides nucléiques riches en guanines ou en cytosines peuvent se replier sur eux-mêmes et former des systèmes tétramériques tels que les G-quadruplexes (G4) ou les i-motifs. Ces motifs, abondamment représentés dans certaines régions du génome humain semblent contribuer à la régulation cellulaire et suscitent depuis plusieurs années un intérêt grandissant. Ils sont notamment présents dans la région télomérique, mais aussi dans les promoteurs d’oncogènes ou au sein des génomes viraux et sont impliqués dans certaines pathologies humaines. Ils représentent ainsi des cibles thérapeutiques et diagnostiques potentielles. Cependant, les G4 adoptent in-vitro des topologies variées qui compliquent le développement de ligands spécifiques et affins. Dans ce contexte, le laboratoire a développé le concept du TASQ pour ‘‘Template Assembled Synthetic G-Quadruplex’’ dans le but d'accéder à des G4 se structurant en une topologie définie.Le premier chapitre décrit l’assemblage de mimes de motifs G4 contraints en une topologie unique. En utilisant un gabarit cyclodécapeptide rigide et différentes méthodes de conjugaison, nous avons assemblé des motifs G4 ARN parallèle et hybride ADN/ARN dérivant de la séquence télomérique ainsi qu’un motif G4 d’ADN présent dans la séquence promotrice du VIH-1. L’utilisation du concept TASQ nous a également permis de préparer un motif G-triplexe (G3), intermédiaire à la formation des motifs G4. Nous avons montré une forte stabilisation de tous les édifices G4 contraints ainsi préparés.Le second chapitre concerne les études de caractérisation et de sélection de ligands vis-à-vis des motifs G4 et G3 contraints. La caractérisation repose sur l’évaluation de l’affinité et de la sélectivité de différentes familles de ligands pour ces édifices, par résonance plasmonique de surface ou par interférométrie bio-couche. La sélection de ligands a été réalisée par la méthode SELEX dans le but d’obtenir des aptamères affins et spécifiques d’un motif G4 contraint. / Guanines or cytosines rich nucleic acids can fold into tetrameric G-quadruplexes (G4) or i-motifs structures. G4 motifs are found within the human genome and should contribute to cellular regulation. In particular G4 are found at telomeric region and also in promoters of oncogenes or within viral genomes. They are suspected of participating in the regulation of human pathologies and have therefore been envisioned as potential therapeutic and diagnostic targets. However, the intrinsic conformational polymorphism of G4 motifs complicates the development of specific and affine ligands. In this context, the laboratory has developed the TASQ concept for "Template Assembled Synthetic G-Quadruplex" with the aim to obtain a defined G4 topology.The first chapter reports on the assembly on the peptide template of RNA and DNA:RNA hybrid G4 structures that derive from the human telomeric sequence as well as of DNA G4 structure found within the HIV virus promoter. G-triplex (G3) motif which is supposed to be an intermediate during the formation of the G4 motifs has also been prepared. By using appropriate ligations of the oligonucleotide strands on the peptide template we were able to control the folding of G-quadruplex motifs and stabilize them.The second chapter reports the studies for the characterization and the selection of ligands against G4 and G3 motifs. The evaluation of the affinity and selectivity of different families of ligands for these constrain motifs was performed by using surface plasmon resonance or by bio-layer interferometry. The selection of ligands was carried out by the SELEX method in order to obtain affine and specific aptamers of a constrained G4 motif.

No description available.

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The use of a surface plasmon biosensor fills a missing link in kinetic studies of enzymes, since it measures directly the interaction between biomolecules and allows determination of parameters that are determined only indirectly in activity assays. The present thesis deals with kinetic and dynamic aspects of ligand binding to two viral enzymes: the human cytomegalovirus (HCMV) protease and the human immunodeficiency virus type 1 reverse transcriptase (HIV-1 RT). The improved description of interactions presented herein will contribute to the discovery and development of antiviral drugs. The biosensor method provided new insights into the interaction between serine proteases and a peptide substrate, as well as substrate-induced conformational changes of the enzymes. The direct binding assay served as a tool for characterising the binding mechanism of HCMV protease inhibitors. Kinetic details of the interaction between HIV-1 RT and non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs) were unravelled. The recorded sensorgrams revealed several forms of complexity. A general binding model for the analysis was derived from the data, describing a two-state mechanism for the enzyme and a high- and a low-affinity interaction with the inhibitor. Interaction kinetic constants were determined for the clinically used NNRTIs and several investigational inhibitors. The established method was applied to investigate the mechanism of resistance against NNRTIs. Amino acid substitutions in the NNRTI-binding site resulted in both decreased association rates and increased dissociation rates for the inhibitors. The K103N and the L100I substitution also interfered with the formation of the binding site, thereby facilitating inhibitor binding and unbinding. Finally, thermodynamic analysis revealed that, despite the hydrophobic character of the interaction, NNRTI binding was mainly enthalpy-driven at equilibrium. Large entropy contributions in the association and dissociation indicated that binding is associated with a dynamic effect in the enzyme.