La maladie d'Alzheimer est caractérisée par la présence de plaques amyloïdes qui sont constituées d'agrégats de peptides amyloïdes-β (Aβ) et d'ions métalliques. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à l'interaction des ions Cu et Zn avec des formes tronquées de peptides Aβ en se concentrant sur deux aspects : la coordination des ions métalliques et son impact sur les propriétés d'agrégation du peptide.
Dans la première partie, nous avons étudié la coordination du Cu sur des peptides Aβ dont la séquence diffère de celle du peptide original. Ces peptides modifiés sont considérés comme plus délétères. En combinant l'utilisation de plusieurs techniques spectroscopiques (RPE, DC, RMN...), nous avons ainsi: (i) déterminé les différents modes de coordination des Cu(II) et Cu(I) sur ces peptides en fonction du pH; (ii) montré l'importance de la fonction N-terminale dans la coordination du Cu(II); (iii) mis en évidence le rôle majeur de la seconde sphère sur la coordination des différentes espèces Cu(II)-peptides observées en fonction du pH; (iv) démontrer des différences de coordination du Cu(II) entre l'Aβ et ses formes modifiées, à mettre en parallèle avec une toxicité différente.
Dans la seconde partie, notre but a été de mieux de comprendre les mécanismes d'agrégation des peptides modulée par les ions métalliques. L'agrégation de peptides est un domaine vaste allant des maladies neurodégénératives à la nanotechnologie. Grâce à différents peptides (sous-séquences du Aβ) et à plusieurs techniques complémentaires (Fluorescence, Turbidité, MET...), nous avons montré que (i) la modulation de l'agrégation par un ion métallique dépend de sa sphère de coordination; (ii) l'accélération de l'agrégation du peptide Aβ11-28 induit par le Zn est due à la formation d'un complexe dimérique; (iii) la coordination du Zn change en fonction du pH, ce qui modifie la vitesse de l'agrégation; (iv) la charge du dimère est déterminante dans la précipitation du complexe peptidique; (v) la coordination du Zn au Aβ11-28 est dynamique : la coordination du Zn, même transitoire, induit des modifications non réversibles. Ces modifications accélèrent fortement et durablement l'agrégation de peptide même en forte sous-stœchiométrie de Zn.
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Amyloid plaques are a hallmark of Alzheimer's disease. These plaques are formed by amyloid-β (Aβ) aggregates and metal ions. In this context, we studied the interaction of Cu and Zn with truncated forms of Aβ peptides. We focused on two aspects: Metals coordination and its impact on the aggregation of Aβ peptides.
In a first part, we studied coordination of Cu on modified Aβ peptides compared to the original one. These modified peptides are considered more deleterious. Using many complementary spectroscopies (EPR, CD, NMR...), we have shown that (i) Cu(II) coordination is pH; (ii) the main importance of N-terminal amine in Cu(II) binding; (iii) the major role played by the second sphere in Cu(II) coordination; (iv) Cu Coordination differences between Aβ and its modified forms, that might be kinked to their different toxicity.
In a second part, our aim was to gain insights into peptides aggregation mechanisms modulated by metal ions. Aggregation of peptides is a wide field of interest from neurological diseases to nanotechnology. Using different peptides (derived from Aβ sequence) and several complementary techniques (Fluorescence, Turbitity, TEM...), we have shown that (i) the aggregation depends on the metal ions coordination; (ii) the acceleration of Aβ11-28 aggregation induced by Zn is due to a dimer formation; (iii) pH induced changes in Zn coordination contribute to modify the aggregation rate; (iv) total charge of the dimer determine the precipitation; (v) Zn coordination to Aβ11-28 is highly dynamic : Zn coordination, even transiently, induced non-reversible modifications. These modifications dramatically and durably accelerate peptide aggregation even in large sub-stoichiometric amount of Zn.
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