Literatura científica selecionada sobre o tema "Carbamylation de la triple hélice de collagène"

La population mondiale vieillit de plus en plus ; ainsi les problématiques de compréhension des mécanismes du vieillissement sont devenus une priorité pour l’OMS.La matrice extracellulaire (MEC) joue un rôle clé encore peu connu dans le vieillissement, et ce en raison de son architecture 3D complexe et de sa composition qui inclut des protéines de grandes tailles tels les collagènes. Ces derniers sont des composants clés de l'intégrité, de la structure et des propriétés physico-chimiques de la MEC puisqu’ils forment des assemblages supramoléculaires qui contribuent à l’architecture des tissus. Au cours du vieillissement, La MEC subit un processus de remodelage via diverses modifications post-traductionnelles (MPTs) dont certaines contribuent à sa fonction, mais d’autres en revanche peuvent affecter ses propriétés physique et mécanique. L'une des modifications observées au sein des collagènes est la carbamylation : une MPT non enzymatique, qui résulte de la fixation d’acide isocyanique, provenant principalement de la décomposition de l’urée, sur les groupements aminés des protéines. La fixation de l’acide isocyanique sur la lysine forme le composé homocitrulline (HCT). Des études expérimentales récentes de notre unité de recherche ont montré que l'accumulation de produits dérivés des carbamylations tels que HCT dans la peau pourrait altérer les propriétés du collagène et être corrélée au vieillissement cutané.Cette thèse propose d’étudier l’impact de la carbamylation sur le collagène de type I via des approches in silico de résolution dimensionnelle plus fine que les techniques expérimentales usuelles. La stratégie proposée est translationnelle et combine des résultats de mécanique quantique, de dynamique moléculaire (DM) tout atome ainsi que des représentations gros grain, voire mésoscopiques. Dans un premier temps, puisque dans le champ de forces AMBER (optimitisé pour décrire le collagène natif), il n'y a pas de paramètres disponibles permettant de décrire HCT, cette MPT a été paramétrée en utilisant la mécanique quantique. Ensuite, l’utilisation de la modélisation moléculaire classique, et plus particulièrement de simulations numériques de DM portant sur des tronçons de collagènes a permis de caractériser le comportement dynamique de la triple hélice carbamylée. La sélection de la région spécifique a été opéré sur la base de données expérimentales issues du laboratoire et quatre systèmes différents contenant de zéro à trois HCT ont été étudiés. Les trajectoires de DM ont été analysées afin d'évaluer l'impact de la/des modification(s) sur le squelette et la chaîne latérale de la triple hélice. La présence d'un à trois HCT, colocalisés dans la même région, a peu d'impact sur la structure globale du squelette (la structure de type polyproline-II est conservée) ; en revanche, une perturbation locale de la dynamique des hélices triples est observée. En effet, la caractérisation des angles dièdres de la chaîne latérale HCT met en évidence un changement de comportement de la torsion χ4 par rapport au résidu natif lysine. De plus, toujours au niveau local, la carbamylation modifie la nature des interactions puisque les ponts salins formés par et entre les lysines sont remplacés par des interactions faibles de type liaison hydrogène entre la chaîne latérale de HCT et le squelette protéique.Les résultats obtenus soulignent, au niveau atomique, l'impact local, et non global, de la carbamylation, et ce quel que soit le nombre de modifications considéré. Cependant, compte tenu des différentes échelles d’assemblage supramoléculaire du collagène de type I (fibrilles puis fibres), aborder l’étude de ce système par le biais de simulation gros grain (regroupement d’atomes non polaires sur une seule bille) ou encore mésoscopique est une voie d’étude qui semble nécessaire pour intégrer des effets synergiques le long de la triple hélice, voire de la fibrille, et que nous avons commencé à explorer
The world population is increasingly aging; thus, understanding the mechanisms of aging has become a priority for the WHO.The extracellular matrix (ECM) plays a crucial role in aging that is still little known due to its complex 3D architecture and composition, including large proteins such as collagens. The latter are critical components of the integrity, structure, and physicochemical properties of the ECM since they form supramolecular assemblies that contribute to tissue architecture. During aging, the ECM undergoes a remodeling process via various post-translational modifications (PTMs), some contribute to its function, but others can affect its physical and mechanical properties. One of the modifications observed in collagens is carbamoylation: a non-enzymatic PTM, which results from the fixation of isocyanic acid, mainly from the decomposition of urea, on the amino groups of proteins. The binding of isocyanic acid to lysine forms the compound homocitrulline (HCT). Recent experimental studies from our research unit have shown that the accumulation of carbamoylation derivatives such as HCT in the skin could alter collagen properties and be correlated with skin aging.This thesis proposes to study the impact of carbamoylation on type I collagen via in silico approaches with finer dimensional resolution than usual experimental techniques. The proposed strategy is translational and combines results from quantum mechanics, all-atom molecular dynamics (MD), and coarse-grained or even mesoscopic representations. First, since in the AMBER force field (optimized to describe native collagen), there are no parameters available to describe HCT, this MPT was parameterized using quantum mechanics. Then, the use of classical molecular modeling, and more particularly of numerical simulations of MD on collagen sections, allowed us to characterize the dynamic behavior of the carbamoylated triple helix. The specific region was selected based on experimental data from the laboratory, and four different systems containing from zero to three HCTs were studied. The MD trajectories were analyzed to evaluate the impact of the modification(s) on the backbone and the side chain of the triple helix. The presence of one to three HCTs, colocalized in the same region, has little impact on the overall structure of the backbone (the polyproline-II type structure is preserved); on the other hand, a local perturbation of the dynamics of the triple helices is observed. Indeed, the characterization of the dihedral angles of the HCT side chain highlights a change in the behavior of the χ4 torsion compared to the native lysine residue. Furthermore, still at the local level, carbamoylation modifies the nature of the interactions since the salt bridges formed by and between the lysines are replaced by weak hydrogen bond interactions between the HCT side chain and the protein backbone.The results highlight, at the atomic level, the local, and not global, impact of carbamoylation, regardless of the number of modifications considered. However, given the different scales of supramolecular assembly of type I collagen (fibrils then fibers), approaching the study of this system through coarse-grained simulation (grouping of non-polar atoms on a single bead) or even mesoscopic is a study path that seems necessary to integrate synergistic effects along the triple helix, or even the fibril, and that we have begun to explore

Les collagenes sont les proteines majoritaires de la matrice extracellulaire. Ils sont caracterises par la presence d'un ou plusieurs domaines en triple helice. La formation d'une telle structure resulte de l'assemblage de trois chaines polypeptidiques. Dans le cas des collagenes fibrillaires, les etapes initiales de l'assemblage trimetrique de la molecule impliquent le domaine globulaire c-terminal. Il faut cependant envisager un mecanisme d'association different pour les collagenes facits (fibril associated collagens with interrupted triple helices). En effet, le domaine globulaire c-terminal de ces collagenes a une taille tres reduite et ne presente aucune homologie de sequence avec celui des collagenes fibrillaires. Nous avons donc etudie les mecanismes d'assemblage trimerique et de formation de la triple helice au niveau du premier domaine collagenique du collagene ix (domaine col1), le seul facit de composition heterotrimerique. Nous avons dans ce but extrait et purifie le domaine col1 du collagene ix de cartilage de veau ftal. Nous avons ensuite separe et purifie les trois chaines de ce domaine puis etudie in vitro leur capacite a se reassocier en triple helice. Nous avons montre que les trois chaines sont capables de s'assembler mutuellement et de former des structures dimeriques et trimeriques reliees par des ponts disulfures. Nos travaux ont montre que la sequence primaire des chaines contient l'information necessaire a l'alignement des chaines et au repliement en triple helice de la molecule. En raison du nombre limite de trimeres obtenus (3 trimeres majoritaires sur 10 combinaisons possibles), nous pouvons egalement affirmer qu'une partie au moins de l'information necessaire a la selection des chaines est contenue dans la sequence des polypeptides. Nous avons de plus montre, a l'aide de peptides synthetiques homologues des chaines naturelles, que la jonction entre les domaines col1 et nc1 (domaine globulaire c-terminal du collagene ix) possede des proprietes d'interaction remarquables. Nous avons egalement prouve que l'etablissement de ponts disulfures interchaines entre les cysteines de la jonction col1-nc1 est indispensable pour la formation d'une triple helice stable. Ces resultats montrent donc clairement que cette region (commune a tous les facits) represente le site de nucleation de la triple helice. Les differents resultats obtenus nous ont ainsi permis de proposer un modele d'assemblage des chaines du domaine col1 du collagene ix et des facits plus generalement

L'omniprésence du collagène dans le corps humain et les nombreuses pathologies qui sont associées à ses anomalies de structure en font un objet d'étude de premier plan. Le collagène possède dans sa séquence primaire de nombreux cycles pyrrolidines stabilisant une structure secondaire de type polyproline II (PPII) et une structure tertiaire en triple hélice correspondant à un superenroulement de trois chaines peptidiques. Lors de ce travail, nous nous sommes intéressés à la synthèse et la caractérisation structurale de peptides mimes de collagène (CMP), seuls ou en présence de collagène de type I. Pour appréhender les différents niveaux de structuration des CMP: conformation locale, structures secondaires, assemblages trimériques et supramoléculaires, nous avons privilégié une approche muti-échelle. Les études que nous avons menées par dichroïsme circulaire et RMN ont visé à analyser en détail les relations entre triples hélices et les différentes espèces monomériques présentes en solution. Grâce à l'utilisation de peptides modèles marqués, nous avons pu mesurer par RMN des paramètres structuraux locaux et les comparer à des simulations de dynamique moléculaire. La présence d'assemblages supramoléculaires a été mise en évidence et analysé d'un point de vue qualitatif, quantitatif et cinétique par des études de DLS, RMN et par différentes approches de microscopies. Enfin, l'ensemble de nos observations nous ont conduit à proposer de nouvelles molécules CMP. Nous avons ainsi entrepris la synthèse de peptidomimétiques fluorés en vue d'améliorer la cinétique de formation et la stabilité de la triple hélice et pour également favoriser des assemblages supramoléculaires ordonnés
The collagen is omnipresent in the human body and many diseases are associated with its structural anomalies, these are the main reasons to study its stability. Collagen has in its primary sequence many pyrrolidine cycles, which stabilize a secondary structure such polyproline II (PPII), and a triple helix structure where three left-handed helical polypeptide chains are supercoiled. In this work, we focused on the synthesis and structural characterization of collagen model peptides (CMP), alone or in the presence of type I collagen. To understand the different levels of CMP structuration: local conformation, secondary structures, trimeric and supramolecular assemblies, we favoured a multi-scale approach. The studies we conducted by circular dichroism and NMR aimed to analyze the relationship between triple helices and the different monomeric species present in solution. Through the use of labeled peptides models, we were able to measure NMR local structural parameters and compare them to molecular dynamics simulations. The presence of supramolecular assemblies was demonstrated and analyzed from a qualitative, quantitative and kinectics point of view by DLS, NMR and different microscopies approaches. Finally, all of our observations have led us to propose new CMP molecules. We undertook the synthesis of fluorinated peptidomimetics to improve the kinetics formation and stability of the triple helix, and also promote ordered supramolecular assemblies

Le collagène est la protéine la plus abondante dans les mammifères, et le constituant principal de la matrice extracellulaire du cartilage. Les propriétés mécaniques de ce tissu sont dues à la structure particulière du collagène : la triple hélice. Lors de cette thèse, nous nous sommes intéressés à des peptides modèles de la triple hélice du collagène en phase gazeuse, ce qui permet l’étude de leurs propriétés intrinsèques, dont les processus fondamentaux induits par des rayonnements ionisants. Une étude structurale de ces systèmes par spectrométrie de mobilité ionique a permis de s’assurer qu’ils conservent bien leurs propriétés structurales et de stabilité en l’absence de solvant. De plus, cette stabilité se manifeste aussi lors de l’irradiation par photons ionisants dans un piège à ions. Par ailleurs, nous avons observé, grâce à la spectrométrie de masse, une transition entre photo-excitation et photo-ionisation lorsque l’énergie du photon absorbé augmente dans la gamme VUV-X. Une partie de cette énergie est également redistribuée dans les modes de vibration du système, croît avec l’énergie du photon, et induit la fragmentation inter puis intramoléculaire de la triple hélice. Nous avons également irradié pour la première fois des peptides en phase gazeuse par un faisceau d’ions carbones à l’énergie cinétique pertinente dans le contexte de l’hadronthérapie. Un processus non-observé avec les photons a été mis en évidence : le détachement de proton. Enfin, la validation d’un nouveau dispositif expérimental dédié à l’irradiation de protéines et brins d’ADN par des ions en faisceaux croisés, ainsi que les premiers résultats obtenus, seront abordés
Collagen is the most abundant protein in mammals, and the main constituent of the extracellular matrix of cartilage. The mechanical properties of this tissue are due to the particular triple helical structure of collagen. In this thesis, we focused on peptidic models of the collagen triple helix in thegas phase, which allows reaching their intrinsic properties, including fundamental processes induced by ionizing radiations. An ion mobility spectrometry study of these systems proved that they retain their structural and stability properties in the absence of solvent. In addition, these stability properties also play a role after irradiation with ionizing photons in an ion trap. Furthermore, we have observed, thanks to mass spectrometry, a transition between photo-excitation and photoionization as the energy of the absorbed photon increases in the VUV-X range. Part of this energy is also redistributed in the vibration modes of the system, increases with photon energy, and induces intramolecular as well as intramolecular fragmentation of the triple helix. For the first time, we irradiated peptides in the gas phase by a carbon ion beam having a kinetic energy relevant in the context of hadrontherapy. A process that was absent from studies with photons has been observed : proton detachment. In the last chapter, the validation of a new experimental device dedicated to the irradiation of proteins and DNA strands in a cross-beam configuration, as well as the first results obtained, will be reported

Les collagenes sont des proteines structurales de la matrice extracellulaire possedant un ou plusieurs domaines en triple helice. Ce sont des molecules homo ou heterotrimeriques. Lors de la formation d'une molecule de collagene, les trois chaines s'assemblent par leur extremite c-terminale, et ka triple helice progresse jusqu'a l'extremite n-terminale, a la maniere d'une fermeture a glissiere. Les evenements initiaux qui regissent ces processus sont encore meconnus (reconnaissance des chaines, selection). Nous avons etudie les parametres de l'assemblage des collagenes facits (ix, xii, xiv et xvi), qui sont caracterises par des domaines collageniques courts (col) interrompus par des domaines non collageniques (nc). Nous avons en particulier construit des chaines recombinantes du collagene ix, heterotrimerique, et avons etudie leur assemblage dans un systeme d'expression eucaryote. Les resultats obtenus montrent que la selection des chaines est assuree par les domaines col1 et nc1, et d'autre part par l'intervention de facteurs cellulaires. De plus, la concentration des chaines dans le reticulum endoplasmique semble etre un facteur determinant pour leur assemblage trimerique. La fonction des collagenes facits est a ce jour inconnue. Nous avons privilegie une approche par domaine de la fonction de ces collagenes. Pour cela, nous avons surproduit le domaine nc1 du collagene xiv de poulet dans un systeme bacterien. Nous montrons qu'il possede un site de liaison a l'epharine, et que ce site adopte une conformation en helice alpha en presence de son ligand

Cette thèse porte sur la synthèse d’analogues fluorés de mimes de collagène synthétique et sur l’étude de leurs caractéristiques thermodynamiques, cinétiques et structurales. Notre laboratoire a récemment mis au point la synthèse d'acides aminés fluorés mimes de la proline (pseudoprolines). Dans un premier temps, une étude préliminaire a été effectuée sur des triplets monomériques modèles afin de confirmer l'aptitude de nos mimes fluorés à stabiliser les conformations pré-requises pour la structuration en triple hélice du collagène. Une fois celles-ci confirmées, nous avons ensuite mis au point des voies de synthèse permettant l'incorporation de ces pseudoprolines fluorées en synthèse peptidique sur phase solide. La synthèse de mime de collagène synthétique (21 résidus) incorporant nos analogues fluorés de proline a ensuite été réalisée. Les caractéristiques thermodynamiques, cinétiques et structurales de ces peptides mimes de collagène fluoré ont été déterminées par dichroïsme circulaire et par RMN. Ces pseudoprolines fluorées possèdent des propriétés singulières permettant l’obtention d’informations structurales au niveau local et peuvent ainsi être considérées comme de réelles sondes RMN 1H et 19F. Les résultats obtenus ouvrent également la voie à de nouvelles approches pour la synthèse de mimes peptidiques de collagène
In this thesis, we approach the synthesis of fluorinated analogs of collagen model peptides (CMP) and the study of their thermodynamic, kinetic and structural characteristics. Our laboratory recently developed the synthesis of fluorinated amino acids analogs of the proline residue (pseudoprolines). Firstly, a preliminary study was carried out on model triplets in order to confirm our fluorinated analogs’ ability to stabilize the pre-requisite conformations of collagen’s triple helix. Once these structural characteristics confirmed, we developed synthetic routes for the incorporation of these fluorinated pseudoprolines in solid phase peptide synthesis (SPPS). Several CMPs (21 residues) incorporating our fluorinated pseudoproline analogs were synthesized. The thermodynamic, kinetic and structural characteristics of these fluorinated CMPs were determined by circular dichroism and NMR. The fluorinated pseudoprolines possess singular properties which enable to acquire detailed insights on their structural surroundings. Thus, they can be considered as 1H and 19F NMR probes. The results obtained in this study also open the way to novel approaches for the synthesis of collagen model peptides