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Thèse Année : 2021

Study of Supramolecular Interactions between Lanthanide Complexes and Amino Acids : Application in Protein Crystallography

Etude des interactions supramoléculaires entre complexes de lanthanides et acides aminés : application en cristallographie des protéines

Sandrine Denis-Quanquin

Résumé

This PhD work presents the different approaches I have explored in order to develop a method to study in solution the interaction mode between a tris-dipicolinate lanthanide complex [Ln(DPA)3]3- and proteins. The main method successfully developed is based on NMR diffusion measurements of these systems with the use of paramagnetic lanthanides. After an optimization step on a simple diamagnetic system, the influence of the paramagnetism was evaluated. It appeared that a shortened relaxation time T1 did not systematically prevent the measurement of a diffusion coefficient, and that it was thus possible to combine the advantages of paramagnetic NMR and diffusion measurements to finely characterize a supramolecular interaction involving a paramagnetic system. The diffusion measurement method seems interesting as the first step of a complete NMR and Molecular Modeling study of biological systems. This method allows to characterize a supramolecular interaction between a paramagnetic lanthanide complex and its different partners in solution (small molecule, intrinsically disordered peptide or protein). It is applicable even in the case of a weak interaction or a very dynamic system. Furthermore, the analytical potential of the paramagnetism of the complex can be exploited, and paramagnetic NMR experiments provide additional information on the details of the interaction. The [Ln(DPA)3]3- complex, which is used for crystal structure determination, thus allows comparison of the structures of a protein/complex system in the solid state (crystal) and in solution. The NMR method developed in this work was then successfully used to characterize various supramolecular systems in the laboratory. A study combining diffusion measurements, paramagnetic NMR and Molecular Modeling illustrates the interest of this method with a system involving once again a paramagnetic lanthanide complex.
Ces travaux de thèse présentent les différentes approches explorées dans le but de développer une méthode d’étude du mode d’interaction en solution entre un complexe de lanthanide de type tris-dipicolinate [Ln(DPA)3]3- et des protéines. La principale méthode développée avec succès est basée sur la mesure de diffusion par RMN de ces systèmes, qui mettent en jeu des lanthanides paramagnétiques. Après une étape d’optimisation sur un système simple diamagnétique, l’influence du paramagnétisme a été évaluée. Il apparait qu’un temps de relaxation T1 raccourci n’empêche pas systématiquement la mesure d’un coefficient de diffusion, et qu’il est donc possible de combiner les atouts de la RMN paramagnétique et ceux des mesures de diffusion pour caractériser finement l’interaction supramoléculaire impliquant un système paramagnétique. La méthode de mesure de diffusion montre ainsi son intérêt comme première étape d’une étude complète par RMN et Modélisation Moléculaire de systèmes biologiques. Cette méthode permet de caractériser une interaction supramoléculaire entre un complexe de lanthanide paramagnétique et différents partenaires en solution (petite molécule, peptide intrinsèquement désordonné ou protéine). Elle est applicable même dans le cas d’une interaction faible ou d’un système très dynamique. En outre, le potentiel analytique du paramagnétisme du complexe peut être exploité, et les expériences de RMN paramagnétique apportent ainsi des informations supplémentaires sur le détail de l’interaction. Le complexe [Ln(DPA)3]3-, qui est utilisé pour la détermination de structures cristallines, permet ainsi de comparer les structures d’un système protéine/complexe à l’état solide (cristal) et en solution. La méthodologie RMN décrite dans cette thèse a été ensuite utilisée pour caractériser divers systèmes supramoléculaires au laboratoire. Une étude combinant mesure de diffusion, RMN paramagnétique et Modélisation Moléculaire illustre l’intérêt de cette méthode pour un système impliquant encore une fois un complexe de lanthanide paramagnétique.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

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  • HAL Id : tel-03917515 , version 1

Citer

Sandrine Denis-Quanquin. Etude des interactions supramoléculaires entre complexes de lanthanides et acides aminés : application en cristallographie des protéines. Chimie analytique. Université de Lyon, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LYSEN066⟩. ⟨tel-03917515⟩
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