La mobilité est une fonction clé de la qualité fécondante et de sélection des spermatozoïdes des techniques d’assistance médicale à la procréation (AMP). Nous manquons cependant d'information des mécanismes moléculaires contrôlant cette mobilité. Ce travail de thèse est articulé autour de 2 protéines d’intérêts impliquées dans la mobilité spermatique: la protéine Tau (Tubule-associated unit) associée à la polymérisation des microtubules dans le neurone, et la protéine d’ancrage aux kinases A4 (AKAP4), protéine majeure de la gaine fibreuse du flagelle spermatique, connue pour son implication dans la mobilité spermatique.Très peu d’études traitent de la protéine Tau dans l’appareil génital masculin, et aucune chez l’homme. Dans une première partie de ce travail, nous avons analysé l’expression de la protéine Tau dans le spermatozoïde et le testicule humain par une approche immuno-histo-chimique (article 1). La protéine Tau est localisée dans la pièce intermédiaire du flagelle du spermatozoïde, et dans le spermatocyte et la spermatide dans le testicule. Les rôles potentiels de la protéine Tau durant la spermatogenèse sont discutés dans une revue de la littérature (article 2).Les avancées dans le domaine de la protéomique permettent aujourd’hui d’étudier le protéome du spermatozoïde et de ses compartiments cellulaires de façon hautement résolutive. Le protéome global du spermatozoïde a été étudié chez des hommes consultant le centre de procréation assistée du CHRU de Lille. Il a permis de définir un groupe de spermatozoïdes présentant majoritairement des protéines de haut poids moléculaire et un groupe présentant une protéolyse aux dépends des protéines de haut poids moléculaire. L’AKAP4 a été identifiée parmi les protéines de hauts poids moléculaire. Nous avons étudié, quantifié le profil d’expression de l’AKAP4 en Western Blot dans le sperme d’hommes venant effectuer un spermogramme et corrélé les données biochimiques du protéome et de l’AKAP4 au spermogramme (article en soumission 3). Le rôle de l’AKAP4 comme marqueur prédictif en AMP est ensuite abordé. Les données clinico-biologiques (logiciel INFOFIV) des tentatives d’AMP au CHRU de Lille ont été confrontées aux données quantitatives du protéome global et de l’AKAP4 (article en préparation 4).Les protéines Tau et AKAP4 sont des protéines d’intérêts dans la prise en charge de l’homme infertile. L’AKAP4 pourrait être proposée comme biomarqueur dans la prise en charge en AMP. / Motility is a key function of the fertilizing quality and the selection of sperm for assisted reproductive technology (ART). However, we lack information on molecular mechanisms controlling this mobility. This thesis is structured around 2 proteins of interest involved in sperm mobility: Tau (tubule-associated unit) associated with microtubule polymerization in the neuron, and the A-kinase anchoring protein 4 (AKAP4), the main protein of the fibrous sheath of the sperm’s flagellum, known for its involvement in sperm motility.Very few studies focus on the Tau protein in the male reproductive system, and none in humans. In the first part of this work, we analysed the expression of the Tau protein in the sperm and human testis through an immuno-histo-chemical approach (Article 1). The Tau protein is localized in the intermediate part of the sperm flagellum and in the spermatocyte and spermatid in the testis. The potential roles of the Tau protein during spermatogenesis are discussed in a review of the literature (Article 2).Advances in the field of proteomics now allow the study the proteome of sperm and its cellular compartments in a highly-resolutive way. The global sperm proteome was studied in men visiting the assisted reproduction center of Lille University Hospital. This has led to a group of sperm with predominantly high molecular weight proteins being identified as well as a group having proteolysis at the expense of high molecular weight proteins. The AKAP4 was identified among the high molecular weight proteins. We studied, quantified the profile of AKAP4 expression by Western Blot in the sperm of men undergoing a semen analysis and correlated the biochemical data of the proteome and AKAP4 to the semen analysis (article 3 in submission). The role of AKAP4 as a predictive marker of ART success is then discussed. Clinical and biological data (INFOFIV software) of ART attempts at the Lille University Hospital were compared with quantitative data of the global proteome and AKAP4 (Article 4 in preparation).Tau protein and AKAP4 are proteins of interest in the management of infertile men. The AKAP4 could be proposed as a biomarker in ART treatments.

Les tauopathies, dont la maladie d’Alzheimer (MA) est l’exemple le plus connu, sont des maladies neurodégénératives caractérisées par une agrégation intra-neuronale progressive de protéine Tau hyperphosphorylée conduisant inéluctablement à la mort du neurone. De nombreuses études convergent vers une implication du stress oxydant comme l’un des mécanismes précoces à l’origine de la MA. En effet, une accumulation de dommages oxydatifs aux acides nucléiques est observée aux stades précoces de la MA. Cependant, les mécanismes impliqués dans cette altération de l’intégrité des acides nucléiques au cours de la MA restent obscurs. Outre son rôle connu dans la stabilisation des microtubules, Tau est un acteur essentiel de la protection de l’intégrité des acides nucléiques neuronaux. En effet, au sein du laboratoire, il a été récemment montré in vivo que Tau protège l’ADN et l’ARN en condition physiologique ainsi qu’au cours d’un stress hyperthermique. L’hyperthermie est un outil inducteur de stress oxydant. Aucune étude n’a été menée pour examiner l’effet de la pathologie Tau sur la fonction protectrice de Tau vis-à-vis des acides nucléiques (AN).Cette problématique constitue le premier objectif de ma thèse. Pour cela, nous avons utilisé un modèle murin qui développe une agrégation et une hyperphosphorylation progressive de la protéine Tau : les souris THY-Tau22. Nous avons démontré, dans ce modèle, que l’hyperthermie induit des dommages aux AN uniquement dans les neurones présentant une pathologie précoce, à des stades qui précèdent la formation d’agrégats insolubles de Tau. Au sein de ces neurones, ces dommages aux AN induits par l’hyperthermie sont strictement corrélés à la formation d’oligomères de protéines Tau, formes précoces de l’agrégation de Tau. Une association similaire entre la présence d’oligomères de Tau et des dommages oxydatifs a également été mis en évidence dans des cerveaux de patients atteints de la MA. Le pré-traitement de ces souris avec du bleu de méthylène, un inhibiteur de l’agrégation de Tau, prévient la formation de ces oligomères ainsi que les dommages aux acides nucléiques. Ces résultats suggèrent que l’oligomérisation de Tau prévient la fonction protectrice de Tau vis-à-vis des acides nucléiques. Ce travail met également en lumière l’existence d’une fenêtre critique de vulnérabilité de l’ADN et l’ARN au cours de la progression de la pathologie.Dans le deuxième volet de ce manuscrit, nous nous sommes concentrés sur la relation entre la protéine Tau et l’ARN. Bien que l’interaction de Tau avec l’ARN soit connue depuis une vingtaine d’années, la fonction de cette interaction reste obscure. Notre hypothèse est que Tau pourrait être impliquée dans le métabolisme des ARN. Par stratégie TAP-tag, des partenaires protéiques de Tau ont été purifiés. Parmi eux, la protéine DEAD box protein 6 (DDX6), un acteur du métabolisme des ARN, a été identifiée comme un nouveau partenaire de Tau. DDX6 est une hélicase à ARN impliquée notamment dans la voie de régulation de l’expression génique par les microARN. Ce second projet vise à caractériser, comprendre la fonction de ce complexe ainsi que son impact dans la pathogénèse des tauopathies. Nous avons confirmé l’interaction entre Tau et DDX6 puis identifié les séquences de Tau impliquées dans ce complexe. Nos résultats suggèrent que l’interaction de Tau avec DDX6 stimule l’activité du microARN Let-7a. De manière particulièrement intéressante, des mutations de Tau responsables de formes familiales de tauopathies altèrent l’interaction Tau/DDX6 et abolissent l’effet de Tau sur l’activité du microARN Let-7a. L’ensemble de ces résultats met en évidence un rôle atypique de Tau, non décrit à ce jour, dans la voie de régulation du microARN Let-7a. Cette nouvelle fonction ouvre des perspectives sur le rôle de Tau dans le métabolisme des ARN et suggère un impact de la pathologie Tau sur la régulation de la voie des microARN. / Tauopathies are neurodegenerative disorders characterized by a progressive intraneuronal accumulation of hyperphosphorylated Tau leading to neuronal death. The most well-known tauopathy is Alzheimer Disease (AD). Numerous studies suggest that oxidative stress is one of the early mechanisms involved in AD. An increase in oxidative DNA and RNA damage occurs at early stages of AD. The mechanisms underlying the alteration of nucleic acid integrity during the course of AD are unclear. In addition to its well-described role in microtubule stabilization, Tau is an essential player in the protection of neuronal nucleic acid integrity. Indeed, we recently reported that Tau protect DNA and RNA integrity in vivo under physiological and hyperthermic conditions, which is known to be a strong inducer of oxidative stress. However, no study has been conducted to test the effects of Tau pathology on the protective function of Tau. This is the first objective of my thesis.To do that, we used a transgenic Tau pathology mouse model. With age, these mice develop a progressive Tau hyperphosphorylation and aggregation. We demonstrate, in this model, that hyperthermia selectively induces nucleic acid damage in neurons that display early Tau pathology without Tau fibrils. In these neurons, nucleic acid damage is strictly correlated with prefibrillar Tau oligomers. A similar association between prefibrillar Tau oligomers and nucleic acid oxidative damage was observed in AD brains. Pretreatment with Methylene Blue (MB), a Tau aggregation inhibitor reduced hyperthermia-induced Tau oligomerization as well as nucleic acid damage. These results suggest that Tau oligomerization triggers the loss of the nucleic acid protective function of Tau. This study highlights the existence of a critical window of DNA and RNA vulnerability during the progression of Tau pathology.In the second part of this manuscript, we have focused on the relationship between Tau and RNA. It has been reported that Tau bind to RNA. Although this interaction has been known for 20 years, the function of this interaction is still unclear. Based on this observation, we hypothesize that Tau is involved in RNA metabolism. Proteins interacting with Tau have been purified using the tandem affinity purification methodology. Thus, the DEAD box protein 6 (DDX6), known to be an actor of RNA metabolism, has been identified as a new Tau partner. DDX6 is a RNA helicase implicated in miRNA gene silencing mechanism. This project aims to understand Tau-DDX6 complex function in physiological conditions and its impact on tauopathies. We validate the interaction between Tau and DDX6, and identify Tau sequences involved in the interaction. Our results suggest that Tau-DDX6 complex enhance Let-7a activity. Interestingly, Tau mutations involved in inherited tauopathies impair Tau-DDX6 interaction and abolish the effect of Tau on Let-7a activity. All these results highlight a new and atypical function of Tau in microRNA pathway. This undescribed function offers promising prospects for the role of Tau in RNA metabolism and suggest a potential impact of Tau pathology on regulation of microRNA pathway.

Le « Brain-Derived Neurotrophic Factor » (BDNF) est la neurotrophine la plus abondante et la plus répandue dans le cerveau humain. De nombreuses études se sont intéressées à son rôle dans la survie neuronale, la croissance et la plasticité synaptique. La signalisation BDNF est dépendante de deux récepteurs, le récepteur tyrosine kinase (TrkB) et le récepteur neurotrophine p75 (p75NTR). Il est bien établi que le rôle trophique du BDNF est assuré via son récepteur de haute-affinité TrkB, alors que la forme précurseur proBDNF active p75NTR vers la voie d'apoptose. Cette double signalisation est physiologiquement contrôlée par un équilibre entre les différentes voies. Les résultats obtenus à partir des études cliniques et des modèles animaux suggèrent un rôle de la signalisation BDNF dans les tauopathies, caractérisées par l'existence de dépôts intracérébraux de protéine tau, une caractéristique commune à certaines maladies neurodégénératives, notamment la maladie d'Alzheimer (MA). Cependant, aucune investigation n'a été menée jusqu'à présent sur les modifications que pouvaient induire les tauopathies dans la signalisation BDNF et si une dérégulation de l'expression du BDNF pouvait affecter ses propres récepteurs TrkB et p75NTR.Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé une lignée de poisson-zèbre transgénique portant la mutation humaine TAUP301L retrouvée notamment dans le démence fronto-temporale. Nous avons mesuré l'expression de BDNF et de ses deux récepteurs au niveau transcriptionnel et protéique. Nous n'avons observé aucune modification des taux d'expression de BDNF et de TrkB, en revanche, nous avons noté une augmentation significative de p75NTR. A l'aide de la même lignée transgénique, nous avons induit une baisse d'expression de BDNF via la micro-injection de morpholinos. De manière remarquable, la baisse d'expression de BDNF affecte de façon différentielle TrkB et p75NTR. En effet, nous avons observé une diminution de l'expression de TrkB et parallèlement une augmentation de p75NTR. De plus, la baisse d'expression de BDNF aggrave la neurotoxicité associée au développement de la tauopathie ce qui se traduit par une augmentation de la mort neuronale et de l'hyperphosphorylation de tau, cette dernière étant concommittante à une activation de la Glycogen Synthétase Kinase 3 beta (GSK3beta).Une diminution de l'effet neuroprotecteur de BDNF à travers un déséquilibre de ces récepteurs de signalisation a été également montré en étudiant le rôle de BDNF au cours du développement de la ligne latérale postérieure (PLL). Ce système est considéré comme un modèle d'étude particulièrement pertinent pour évaluer différents processus biologiques comme la migration cellulaire collective ou la régénération cellulaire. Nous avons détecté l'expression de BDNF dans plusieurs structures de la PLL. La diminution d'expression de BDNF conduit à un défaut de migration du primordium de la PLL, associé à une augmentation de la mort cellulaire. De plus, nous avons observé une réduction de la prolifération cellulaire et un défaut de repousse axonale du nerf, ce qui conduit à des anomalies de régénération à la fois du nerf de la PLL et des cellules ciliées. Nos résultats suggèrent que le BDNF joue un rôle essentiel au cours du développement de la PLL et démontrent la pertinence du système de la ligne latérale en tant que modèle d'étude des fonctions de BDNF.En conclusion, notre étude représente la première analyse du rôle in vivo de BDNF et de ses 2 récepteurs de signalisation. Nous avons ainsi montré les répercussions d'une dérégulation des voies de signalisation du BDNF. Un équilibre entre ces deux voies est essentiel pour le développement et la survie cellulaire, ce qui fait de BDNF non seulement une cible thérapeutique potentielle, mais également une neurotrophine clé pouvant activer plusieurs circuits de signalisation, potentialisant ainsi son rôle protecteur. / Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is the most abundant secreted and widely distributed neurotrophin in human brain. It has been extensively studied for its role in neuronal survival, growth and synaptic plasticity. BDNF signaling mediated through tryosine receptor kinase B (TrkB) and p75NTR neurotrophin receptor (p75NTR). It is well established that BDNF beneficial actions are mediated by it is high-affinity TrkB, whereas pro-BDNF activates p75NTR towards apoptosis. This diverse dual signaling is normally under a tight balance regulation. Based on clinical and animal studies, it has been suggested that BDNF signaling is involved in tauopathy, which is a pathological hallmark in several neurodegenerative diseases, including Alzheimer's disease (AD). However, what changes tauopathy may induce on BDNF signaling, and whether BDNF deregulation could affect its two signaling receptors (TrkB, p75NTR), and eventually tauopathy pathogenesis, have not been investigated. In this study we used a transgenic zebrafish line for human Tau-P301L tauopathy, and measured transcriptional and protein levels of BDNF and of its two signaling receptors. We found no modification of BDNF and TrkB expression levels, but a significant up-regulation of p75NTR. We then used the same transgenic line to generate BDNF knockdown using morpholino microinjection technique. Interestingly, BDNF knockdown differentially affects TrkB and p75NTR; we observed a reduction of TrkB expression and an increase in p75NTR expression. In addition, BDNF knockdown aggravates tauopathy-associated toxicity; we found an increase in neuronal cell death and tau hyperphosphorylation, the latter was accompanied by an activation of tau glycogen synthase kinase 3beta (GSK3beta). Attenuation of BDNF neuroprotective effects through imbalance of its signaling receptors was further highlighted through studying BDNF role in the development of zebrafish posterior lateral line system (PLL). This system has recently emerged as a powerful tool to study several dynamic biological processes, including collective cell migration and nerve/hair cells regeneration. We detected BDNF expression in different PLL components. BDNF knockdown led to an impairment of the PLL primordium migration due to concomitant increase in cell death rate. In addition, reduced cell proliferation and defect in axonal re-growth were observed , which led to major defects of PLL nerve/hair cells regeneration, respectively. These findings suggest that BDNF has an essential role in PLL development, but more important they introduce PLL as research model to study BDNF functions. This is the first study to provide a detailed in vivo analysis of BDNF and its two signaling receptors. Our findings highlight several implications of BDNF signaling deregulation. Balanced signaling clearly has essential roles in survival and development, in addition to being a therapeutic target, BDNF can itself activate diverse molecular pathways, thus setting up a potential circuitry that could enhance its protective role.

L'étiologie de la forme sporadique de la maladie d'Alzheimer (AD) reste largement inconnue. Toutefois, une adéquation entre des facteurs environnementaux et génétiques est fortement probable. C'est ainsi que de nombreux arguments suggèrent que le virus herpes simplex de type 1 (HSV1) en infectant et en se répliquant dans le système nerveux central, puisse être un co-facteur impliqué dans le déclenchement et le développement de l'AD. Pour éprouver cette hypothèse, nous avons développé un modèle cellulaire constitué de neurones de rat infectés par HSV1 pour analyser les modifications viro-induites de leur expression génique. Il a été mis en évidence dans les neurones infectés : i) une augmentation de la production du peptide amyloïde Aβ42 et de Tau phosphorylée, ainsi que leur agrégation dans un agrésome intracellulaire ; ii) des variations du niveau de transcription de nombreux gènes très similaires à celles observées chez des patients AD. Par ailleurs, l'étude des mécanismes moléculaires de l'apoptose viro-induite dans ce modèle original a permis de mettre en évidence une corrélation entre l'activation des caspases et la production d'Aβ42 et une corrélation entre le phénomène d'apoptose avortée (abortosis) et la formation d'agrésome. De l'ensemble des ces résultats, il apparait que ce modèle cellulaire est représentatif de certains aspects des stades précoces de l'AD et conforte l'hypothèse qu'HSV1 serait un co-facteur dans la maladie d'Alzheimer / The origin of the sporadic form of the Alzheimer's disease (AD) remains still widely unknown. However, an adequacy between environmental and genetic factors is highly probable. Numerous arguments suggest that the virus herpes simplex of type 1 (HSV1) by infecting and replicating in the central nervous system, could be a co-factor involved in the AD process. To evaluate this hypothesis, we set up a model made of rat neurons infected by HSV1 in order to analyse the virally-induced modifications of their gene expression. Using this model we have shown: i) an over-production of the amyloid peptide Aß42 and of phosphorylated form of Tau accompanied by their concentration within an intracellular aggresome; ii) variations of the transcription levels of numerous genes equivalent to that observed in AD patients. Furthermore, the study of the molecular mechanisms underlying the virally-induced apoptosis allowed to point out a correlation between caspase activation and Aß42 production as well as a correlation between abortosis and aggresome formation. All together these results demonstrate that this cellular model represents, at least in part, some aspects of the early stages of AD and bring evidences that HSV1 could be a co-factor in the AD process

Les maladies dites ''conformationnelles'' sont caractérisées par un mauvais repliement des protéines qui, de ce fait, ne peuvent plus assurer leur fonction biologique. C'est le cas des amyloses, ces pathologies impliquent des protéines ayant la capacité de s'agréger pour former des structures spécifiques appelées « fibres amyloïdes ». Aujourd'hui, une trentaine de protéines humaines sont connues pour former ce type de fibres et notamment la protéine tau. Celle-ci est associée à plusieurs maladies neurodégénératives, regroupées sous le terme de « tauopathies », incluant la maladie d'Alzheimer. En conditions physiologiques, tau est associée aux microtubules et régule leur polymérisation. Dans les tauopathies, elle devient hyperphosphorylée et s'agrège dans les neurones sous forme de neurodégénérescences fibrillaires (NFTs) toxiques. Les protéines chaperons et particulièrement la protéine de choc thermique de 90 kDa, Hsp90, régule l'homéostasie de la protéine tau. L'interaction entre tau et Hsp90 implique différentes régions de la protéine tau dont celle contenant un hexapeptide de séquence VQIVYK. Ce court fragment est nécessaire et suffisant pour induire la fibrillation de la protéine tau entière in vivo. Cet hexapeptide est également capable, à lui seul, de former des fibres amyloïdes, in vitro, comparables à celles retrouvées in vivo. Nous avons donc choisi d'utiliser l'hexapeptide VQIVYK comme modèle d'étude de la fibrillation, in vitro, et testé l'effet de Hsp90 sur les processus agrégatifs du peptide. Nous avons démontré que Hsp90 interagit spécifiquement avec les structures amyloïdes formées par le peptide et qu'elle est capable d'inhiber à la fois la polymérisation et la dépolymérisation des fibres. Ce rôle antagoniste joué par Hsp90 permet la stabilisation d'espèces amyloïdes intermédiaires supposées moins neurotoxiques. Ces résultats confirment l'implication de Hsp90 dans les processus agrégatifs de la protéine tau et ouvrent de nouvelles perspectives thérapeutiques contre les pathologies neurodégénératives. De plus, cette étude apporte des éléments de réponse sur le fonctionnement des chaperons moléculaires vis-à-vis de leur protéine cliente. / Conformational diseases are characterized by protein misfolding which causes a loss of biological activity. Amyloidosis is one of these diseases, and it involves the ability of proteins to self-aggregate into specific structures called “amyloid fibers”. At least thirty human proteins, including tau, are known to form amyloid fibers. The tau protein is linked to several neurodegenerative diseases called tauopathies, including Alzheimer’s disease. Tau is in physiological conditions associated with microtubules and regulates their polymerization. In tauopathies, tau becomes hyper-phosphorylated and aggregates into neurotoxic neurofibrillary tangles (NFTs). Molecular chaperones, and particularly the 90-kDa heat shock protein (Hsp90), regulate tau homeostasis. The interaction between tau and Hsp90 involves several tau regions including the sequence VQIVYK. This short fragment is necessary and sufficient on its own to induce aggregation of the full tau protein in vivo. In vitro this hexapeptide is also able to form amyloid fibers similar to those found in vivo. We therefore used this hexapeptide as an in vitro model to study the process of amyloid fibrillation and to test Hsp90’s effects on it. We demonstrated that Hsp90 interacts specifically with peptide fibrillar structures and that Hsp90 is able to inhibit both the polymerization and depolymerization processes. This antagonistic role for Hsp90 allows the stabilization of intermediate amyloid species that may display a lower neurotoxicity. These results confirm that Hsp90 is involved in tau’s aggregation process and paves the way for new therapeutic perspectives in neurodegenerative diseases. Our study also provides clues to the understanding of how molecular chaperones assist in the folding of their client proteins.

Immunotherapy for Alzheimer\''s disease has emerged as a promising approach for clearing pathological tau protein conformers. To explore this kind of treatment we tested an active immunization with pseudo-phosphorylated tau fragments in P301L tangle model mice that develop neuronal tau aggregates as observed in frontotemporal dementia and Alzheimer’s disease. We found that an immunization reduces neurodegeneration in α-motor neurons in the spinal cord and slows progression of the tangle-related behavioral phenotype. Performance on behavioral assays correlated with tau pathology at the corresponding spinal cord level. Interestingly, a slowed progression of these tauopathy related characteristics were only seen in mice that received a specific immunization with pseudo-phosphorylated tau fragments, not in animals that received a non-specific activation of the immune system. An immunization witch pseudo-phosphorylated tau fragments may be a valuable therapeutic option in targeting one of the major hallmarks of Alzheimer’s disease and frontotemporal dementia.

Numerous epidemiological and experimental studies have shown that patients suffering from metabolic disorders such as type 2 diabetes mellitus (TDM2), insulin resistance or obesity are at a higher risk of cognitive functions impairment and developing Alzheimer's disease (AD). Impairment of insulin signalling in the brain could contribute to two pathological changes which leads to AD development that include insoluble senile plaques and neurofibrillary tangles, containing an abnormally hyperphosphorylated tau protein (Tau). This work is focused on investigating of insulin signaling in hippocampi in the brains of mice models of insulin resistence, impact of disturbed insulin signaling on hyperphosphorylation of Tau, and possible benefical efect of insulin sensitizing agents on insulin signaling and Tau phosphorylation in the hippocampi of diabetic mice. The first, we examined insulin signaling and phosphorylation of Tau in hippocampi in two mouse models of TDM2 - lipodystrofic A-ZIP F-1 mice and monosodium glutamate obese mice (MSG mice). We did not observe any changes in insulin signaling and Tau phosphorylation in hippocampi of A-ZIP F-1 mice compared to controls. In the hippocampi of MSG mice there was attenuated phosphorylation of kinases of insulin signalling including Ser9 of glycogen synthase...

Optische Pinzetten stellen neuartige Werkzeuge in der Biophysik dar, die sich durch eine außerordentliche Präzision auszeichnen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden verfeinerte Bildanalysetechniken vorgestellt und neu entwickelt, die es erlauben, die Position eines Mikropartikels mit einer zeitlichen Auflösung von 0,017 s und einer Genauigkeit von ±2nm in lateraler und in axialer Richtung zu bestimmen. Dies ermöglicht eine Kraftauflösung von bis zu ±50 fN. Damit sind die Voraussetzungen für die Untersuchung von Rezeptor/Ligand-Wechselwirkungen auf der Ebene einzelner Bindungsereignisse gegeben. In der vorliegenden Arbeit werden die Wechselwirkungen zwischen den phosphorylierungsspezifischen Antikörpern HPT-101, HPT-104 und HPT-110 und Tau-Peptiden mit verschiedenen Phosphorylierungsmustern sowie zwischen DNA und den Proteinen TmHU und oPrPC untersucht. Die Wechselwirkungen zwischen Tau-Peptiden und Antikörpern werden jeweils anhand ihrer Bindungshäufigkeit sowie der Verteilung der Abrisskräfte charakterisiert. Mit einem aus der Literatur bekannten, theoretischen Modell werden folgende Bindungsparameter bestimmt: Lebenszeit der unbelasteten Bindung, charakteristische Länge und freie Aktivierungsenergie der Dissoziation. Im Einklang mit Ergebnissen einer immunochemischen Messung werden spezifische Wechselwirkungen zwischen HPT-101 und dem biphosphorylierten Tau-Peptid sowie zwischen HPT-104 bzw. HPT-110 und den Peptiden, die eine Phosphorylierung an Thr231 bzw. Ser235 enthalten, beobachtet. Zusätzlich ermöglicht die Einzelmolekülmethode auch eine detaillierte Charakterisierung der unspezifischen Wechselwirkungen mit den Tau-Peptiden, welche das jeweilige spezifisch erkannte Phosphorylierungsmuster nicht beinhalten. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit dem Einfluss der Proteine TmHU und oPrPC auf einen einzelnen, mit konstanter Kraft gehaltenen DNA-Strang. Der zeitliche Verlauf der TmHU-induzierten Kondensationsreaktion wird bei Kräften zwischen 2 pN und 40 pN sowie in Abhängigkeit von der Proteinkonzentration untersucht. Bei kleinen Kräften ist eine Verkürzung in zwei Phasen auf bis zu 30% der Konturlänge zu beobachten. Unter zusätzlicher Einbeziehung der Ergebnisse einer SMD-Simulation sowie einer rasterkraftmikroskopischen Untersuchung kann die erste Phase der Verkürzung einer primären Anbindung von TmHU zugeordnet werden. Die zweite Reaktionsphase entspricht hingegen vermutlich der Ausbildung einer Überstruktur. Die Wechselwirkung von oPrPC mit DNA wird zusätzlich mit einer kombinierten Anordnung aus Nanokapillare und optischer Pinzette untersucht. Dabei zeigt sich, dass ein Protein/DNA-Komplex ausgebildet wird, der eine negative Oberflächenladung aufweist und sich in seinem Volumen und seiner Ladung von reiner DNA unterscheidet. Allerdings hat oPrPC keinen Einfluss auf den Ende-zu-Ende-Abstand bzw. die Elastizität der DNA.

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