Etude des mécanismes de stabilisation des protéines par spectroscopie Raman et dynamique moléculaire
(The protein stabilizing mechanisms investigated by Raman scattering and molecular dynamics simulations)

URL d'accès : http://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupver...

Auteur(s):  Achir, Samira
Date de soutenance : 10/04/2014
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies 

Langue : Français
Directeur(s) de thèse :  Hedoux, Alain ; Affouard, Frédéric
Laboratoire : Unité matériaux et transformation (UMET)
Ecole doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie
Discipline : Molécules et Matière Condensée
Mots-clés : Agents bioprotecteurs
Protéines -- Dénaturation
Protéines -- Conformation
Lyophilisation
Tréhalose
Dynamique moléculaire -- Simulation par ordinateur

Résumé : Cette thèse est une contribution à l’étude des mécanismes de stabilisation des protéines en solution et à l’état sec. Un nombre considérable de biomolécules thérapeutiques émanant des avancées de la technologie ADN recombinant sont porteuses de nouvelles approches thérapeutiques, mais ne peuvent pas être utilisées à cause de leur très faible stabilité. Celle-ci est améliorée à l’état sec, après lyophilisation qui est toutefois source de nombreux stress pour la protéine. Les travaux ont principalement focalisé sur l’étude de la stabilité de l’état physique de protéines modèles, par micro-spectroscopie Raman in-situ au cours d’une procédure de lyophilisation. Cette analyse a permis de déterminer les sources et le processus de dénaturation, ainsi que les transformations structurales de la protéine inhérente à la lyophilisation. Des cartographies Raman réalisées aux différentes étapes d’un cycle de lyophilisation, ont conduit à la description des interactions entre protéine, solvant et co-solvant et au décryptage des mécanismes de stabilisation de la protéine pendant l’opération de lyophilisation. La stabilité de l’état physique des protéines, lyophilisées en utilisant différents agents bioprotecteurs, a également été analysée lors de vieillissements accélérés, révélant l’efficacité bioprotectrice du tréhalose, exacerbée par l’ajout d’une faible quantité de glycérol. Des simulations de dynamique moléculaire ont aussi été réalisées sur les matrices vitreuses bioprotectrices tréhalose-glycérol pour lesquelles les effets plastifiants/anti-plastifiants de l’eau résiduelle ont été étudiés.


Résumé (anglais) : The mechanisms of protein stabilization in solution and dry state have been investigated in this thesis. New therapeutic approaches are developing from many therapeutic biomolecules related to advances in recombinant DNA technology. Although we are not able to use them because of their low stability. The latter is improved in the dry state albeit freeze-drying gets a source of stress for many proteins. This work has mainly focused on the stability of model proteins, by in-situ Raman micro-spectroscopy during freeze-drying. The analysis identified the origin and the process of denaturation and the structural transformations of the inherent protein freeze-drying. Raman mapping was implemented at different stages of drying cycle, leading to the description of the protein/solvent/co-solvent interactions and decrypting the protein stabilizing mechanisms during the whole freeze-drying process. The protein stability was also analyzed during accelerated aging, by using several biopreservers. It revealed that the bioprotective efficiency of trehalose is enhanced by adding a small amount of glycerol. Molecular dynamics simulations were also carried out on trehalose-glycerol glassy matrices and the plasticizing / anti- plasticizing effects of the residual water were studied.


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