Selective modification of a protein in biological media by nanocatalyzed Suzuki-Miyaura reaction
Modification sélective de protéines en milieu biologique par réaction de Suzuki-Miyaura nanocatalysée
Résumé
Nanotechnology has opened up new perspectives for targeted drug delivery in the treatment of severe diseases. Current approaches in nanomedicine are based on the encapsulation of an active drug in a nanocarrier. In the present study, we have used nanoparticles not to address an encapsulated drug to a target tissue, but for manipulating a protein of interest in a complex biological medium. With this aim, we have identified a stable, non-toxic palladium nanoparticle formulation, embedding a remarkable catalytic activity on the Suzuki-Miyaura reaction. This nano-catalyst allows by using an appropriate boron derivative to couple aromatic residues onto halogenated amino acids in a phosphate buffer at physiological pH. By the same way, the formulation as nanoparticles of calixarene derivatives functionalized with palladium carbene complexes was studied. This new nano-reactor allowed similarly the arylation reaction of halogenated amino acids in water and at ambient temperature in a very efficient manner.We showed that it is possible, thanks to these nanoparticles, to modify selectively by a covalent bond the thyroglobulin, a halogenated natural protein, implicated in Graves' disease and in certain thyroid cancers. The absence of a protein-expressing cellular model led us to test the reaction in an organ homogenate from surgical thyroid excision from a Graves' disease patient. The coupling of thyroglobulin by Suzuki-Miyaura reaction was detected by proteomic analysis by labeling with a simple aromatic ring and by western blotting using a biotin probe allowing detection by immunoassay. In conclusion, the study undertaken in the thesis has shown the selective formation of a CC bond onto a natural protein in a complex biological medium and under physiological conditions, by using palladium nanoparticles. This result paves the way for new therapeutic perspectives to control the level of thyroglobulin in the case of hormonal dysregulation.
Les nanotechnologies ont ouvert de nouvelles perspectives pour l’administration ciblée des médicaments. Les approches actuelles en nanomédecine sont basées sur l’encapsulation d’un principe actif dans un nano-vecteur. Nous proposons dans ce travail l’utilisation de nanoparticules non plus pour adresser un médicament encapsulé vers sa cible, mais pour manipuler une protéine d’intérêt en milieu biologique, ce qui constitue une nouvelle stratégie thérapeutique. Avec cet objectif, nous avons identifié une formulation de nanoparticules de palladium, stable, non toxique et dotée d’un pouvoir catalytique remarquable de la réaction de Suzuki-Miyaura. Ce nano-catalyseur permet, en utilisant un dérivé du bore approprié, de greffer des résidus aromatiques sur des acides aminés halogénés dans un tampon phosphate à température et pH physiologiques. En parallèle, la formulation sous forme de nanoparticules de calixarenes fonctionnalisés par des complexes carbéniques du palladium a été également étudiée. Ce nano-réacteur permet d’effectuer dans l’eau et à température ambiante une réaction d’arylation d’amino acides halogénés de manière très efficace. Nous montrons qu’il est possible grâce à ces nanoparticules de modifier sélectivement par une liaison covalente, la thyroglobuline, une protéine naturelle halogénée, impliquée dans la maladie de Basedow et dans certains cancers de la thyroïde. L’absence de modèle cellulaire exprimant la protéine nous a conduit à tester la réaction dans un homogénat d’organe provenant de l’exérèse chirurgicale de la thyroïde chez un patient de la maladie de Basedow. Le couplage de la thyroglobuline par réaction de Suzuki-Miyaura a pu être détecté par analyse protéomique grâce au marquage par un cycle aromatique simple, et par western blot à l’aide d’une sonde biotine autorisant une détection par immuno-essai. En conclusion, la thèse apporte la démonstration de la formation sélective d’une liaison C-C sur une protéine par des nanoparticules de palladium dans un milieu biologique complexe et en conditions physiologiques. Ces résultats pourraient ouvrir la voie à de nouvelles options thérapeutiques permettant de controler le taux de thyroglobuline dans le cas d’une dérégulation hormonale.
Origine : Version validée par le jury (STAR)