Nanopore pour la détection de peptides vers le séquençage de protéines à l'échelle de la molécule unique.

Les protéines sont des macromolécules indispensables au fonctionnement des cellules vivantes, pouvant fournir des informations clés pour comprendre les mécanismes biologiques et les maladies. Le développement de nouveaux outils pour le séquençage des protéines, rapide et à l’échelle de la molécule unique, constituerait un apport dans le diagnostic de nombreuses maladies et dans le développement de la médecine personnalisée.La technologie de détection électrique par nanopore est une méthode d'analyse à l'échelle de la molécule unique, en temps réel, sans marquage, peu coûteuse, qui se présente comme un outil prometteur pour le développement de cette application. Le principe de cette technique consiste à utiliser une membrane isolant deux compartiments remplis par une solution ionique, et percée d’un trou nanométrique, un nanopore. Sous l’action d’une différence de potentiel, un flux d’ions circule à travers le nanopore. L’entrée d’une molécule individuelle dans le nanopore entraine une chute du courant ionique dont les caractéristiques permettent d’obtenir des informations sur la nature chimique de la molécule analysée. Sur ce principe, le séquençage de biomolécules peut être réalisé par la lecture séquentielle de l’information d’une chaîne dépliée à travers un nanopore.Les avancées spectaculaires du séquençage de l’ADN par nanopore ont mis en lumière le haut potentiel de cette technologie et ont ouvert la voie vers le développement du séquençage des protéines par nanopore. Ce nouveau challenge est néanmoins bien plus difficile que pour les acides nucléiques en raison de nombreuses contraintes principalement liées à la nature des protéines qui présentent une structure complexe, qui peuvent être composées de 20 acides aminés, et qui présentent des modifications chimiques de certains de leurs acides aminés. A notre connaissance, au commencement de mes travaux de thèse, aucun nanopore, qu’il soit biologique non modifié, solide, ou artificiel, n’avait permis d’obtenir une résolution d’un acide aminé suffisante à la lecture de la séquence d’une protéine.L’ambition de mon projet de thèse est de développer une stratégie de séquençage des protéines basée sur l’utilisation d’un nanopore biologique, l’aérolysine, une toxine produite par la bactérie Aeromonas hydrophila, capable de former des pores nanométriques dans les membranes biologiques. L’aérolysine, a récemment démontré un haut pouvoir de résolution, dans des conditions physico-chimiques optimales, pour l’analyse de différents types de molécules, comme des polymères neutres et des oligonucléotides. L’aérolysine se présente ainsi comme un candidat de choix pour tenter d’atteindre une résolution de détection d’un acide aminé.Ce manuscrit a pour objectif de présenter les résultats que j’ai obtenus durant ma thèse. La première contribution majeure de mes travaux est de montrer, pour la première fois, que l’aérolysine permet d’obtenir la discrimination de courts peptides (de 5 à 10 acides aminés), analysés dans un mélange ou individuellement, avec une résolution de séparation d’un acide aminé individuel. La deuxième contribution majeure de mes travaux est l’établissement de la première cartographie des 20 acides aminés naturels par nanopore, sur la base de leurs signatures électriques mesurées à travers l’aérolysine. Nous avons également montré qu’il est possible d’identifier des modifications chimiques portées par certains acides aminés.