Imagerie structurale et morphologique nanométrique d'agrégats bêta amyloïdes interagissant avec des membranes en milieu aqueux – AQUATERS

La mort neuronale due aux peptides amyloïdes Abêta(1-42) impliqués dans la maladie d'Alzheimer est liée à leur assemblage et à l'interaction d'espèces intermédiaires entre monomère et fibre (oligomères et protofibrilles) avec les membranes des neurones. Toutefois, malgré une recherche active sur ces espèces délétères, la voie de neurotoxicité associée à Abêta demeure inconnue. Une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires mis en jeu dans l'interaction entre des agrégats amyloïdes et membranes lipidiques nécessite en effet une caractérisation structurale, chimique et morphologique à l'échelle nanométrique des membranes lésées en milieu liquide, et non sous atmosphère sèche, la structure membranaire étant fortement affectée par déshydratation.
Le projet AQUATERS vise la réalisation d'imagerie structurale et morphologique d'agrégats Abêta (oligomères, protofibrilles et fibres) par spectroscopie Raman exaltée par effet de pointe (TERS) en milieu liquide et à l'échelle nanométrique (10 nm typiquement voire moins), ainsi que l'étude de leur interaction avec des modèles membranaires mimant la composition lipidique des membranes neuronales. Le défi majeur consistera à suivre par TERS les dommages induits par les différents états d'agrégation des peptides amyloïdes sur les membranes pour déterminer les espèces délétères et quels lipides sont spécifiquement ciblés par elles.
Pour atteindre cet objectif ambitieux, ce projet pluridisciplinaire prévoit le développement et la validation d'une cellule liquide adaptée à la réalisation d'imagerie TERS et la fabrication de sondes TERS adéquates pour l'imagerie en milieu aqueux (par électrodéposition de métaux nobles, dépôt de couche atomique et dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma d'oxydes). Des monocouches de molécules thiolées seront testées pour valider les développements technologiques accomplis et les images TERS obtenues seront soumises à une série de méthodes d'analyse multivariées pour déterminer la procédure de traitement de données la plus efficace. Les modèles membranaires (bicouches lipidiques supportées et grosses vésicules unilamellaires) et les divers agrégats amyloïdes seront spécialement synthétisés pour l'étude et caractérisés non seulement pour vérifier leur morphologie et leurs propriétés biophysiques mais également pour déterminer la toxicité des différents agrégats amyloïdes en examinant leur effet sur des modèles membranaires par microscopie à force atomique à haute vitesse en milieu aqueux. Des images TERS en milieu aqueux seront effectuées alors sur bicouches supportées pour déterminer les différentes structures secondaires des agrégats amyloïdes pris à divers stades de l'amyloïdogenèse, estimer la taille des domaines lipidiques composant les membranes, et finalement identifier les constituants membranaires spécifiquement ciblés par les agrégats amyloïdes toxiques.
Le projet AQUATERS est un PRC regroupant trois laboratoires (ISM, CBMN et LAAS) aux expertises complémentaires en spectroscopie optique, analyse biophysique, synthèse peptidique, électrochimie, méthodes de dépôts et chimiométrie. Il conduira à court terme à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires induisant les lésions cellulaires en présence d'agrégats amyloïdes, et par conséquent des facteurs impliqués dans la maladie d'Alzheimer. A moyen-long terme, la technique d'AFM-TERS et la méthodologie afférente pourront être appliquées à l'étude d'autres maladies neurodégénératives (maladie de Parkinson, à prion...) associés à des agrégats amyloïdes formés à partir de peptides autres qu'Abêta, à l'identification d'antigènes tumoraux spécifiques de cellules cancéreuses, mais également en catalyse chimique.