Analyse de dispersion de Taylor : une puissante technique de caractérisation basée sur la taille pour le suivi de l'agrégation des peptides β-amyloïdes

Alzheimer Disease (AD) is one of the major public health challenges of the 21st century and its development is centered around the amyloid hypothesis which states that extracellular formation of amyloid plaques and the intracellular accumulation of neurofibrillary Tau tangles (NFTs) are caused by the aggregation of β-amyloid (Aβ) peptides. Several biophysical techniques have been employed for studying the aggregation process of Aβ peptides such as thioflavin T (ThT) assay, dynamic light scattering (DLS), capillary electrophoresis (CE), electron microscopy (EM) and atomic force microscopy (AFM). Despite the useful information these methods provide, not all of them are suitable for monitoring the early stages of the process. The main objective of this thesis is to apply Taylor dispersion analysis (TDA) for the monitoring of the Aβ peptide aggregation mechanism. TDA is a modern technique that can size and quantify soluble species ranging from 0.1 nm to a few hundred nm. TDA has yet been employed for a real-time monitoring of the Aβ peptide aggregation. TDA revealed that the aggregation process of Aβ(1-40) and Aβ(1-42) isoforms occurs through distinct pathways. These results have been correlated with ThT assay and DLS. The co-aggregation of Aβ(1-40):Aβ(1-42) mixtures was further explored by TDA and AFM, highlighting the influence of the peptide ratios on the kinetics and the formation of potentially toxic oligomeric species. Finally, the aggregation process of Aβ peptides by TDA was conducted using a simultaneous UV-LIF detection in the presence of FITC-tagged Aβ peptides. This study demonstrated that the aggregation pathways of the native Aβ peptides are altered by the presence of the fluorophore. In conclusion, TDA provided a complete speciation of the different soluble species (monomer, oligomers, protofibrils) during Aβ aggregation, which brings valuable information on the mechanism of aggregation.Keywords: Alzheimer disease; β-amyloid peptides; Taylor dispersion analysis; aggregation studies; atomic force microscopy; ThT assay; dynamic light scattering.La maladie d'Alzheimer (MA) est l'un des principaux défis de santé publique du 21ème siècle et son développement repose sur l'hypothèse amyloïde qui stipule que la formation extracellulaire de plaques amyloïdes et l'accumulation intracellulaire d'enchevêtrements neurofibrillaires Tau (NFTs) sont causées par l'agrégation de peptides β-amyloïdes (Aβ). Plusieurs techniques biophysiques ont été employées pour étudier le processus d'agrégation des peptides Aβ, comme le dosage de la thioflavine T (ThT), la diffusion dynamique de la lumière (DLS), l'électrophorèse capillaire (CE), la microscopie électronique (EM) et la microscopie à force atomique (AFM), mais malgré les informations utiles qu'elles fournissent, toutes ne sont pas adaptées au suivi des premières étapes du processus agrégatif. L'objectif principal de cette thèse et d’évaluer l'analyse de dispersion de Taylor (TDA) pour le suivi des mécanismes d'agrégation des peptides Aβ. Le TDA est une technique moderne qui permet de déterminer le rayon hydrodynamique et de quantifier des espèces en solution pour des objets moléculaires dont la tailles est comprise entre 0,1 nm et centaines de nm. Jusqu'à présent, la TDA n'a pas encore été employée pour un suivi en temps réel de l'agrégation des peptides Aβ. La TDA a révélé que le processus d'agrégation des isoformes Aβ(1-40) et Aβ(1-42) se produit selon des mécanismes distincts. Ces résultats ont été corrélés avec le test ThT et la DLS. La co-agrégation des mélanges Aβ(1-40):Aβ(1-42) a aussi été explorée conjointement par TDA et AFM, mettant en évidence l'influence de la composition du mélange sur la cinétique et la formation d'espèces oligomériques potentiellement toxiques. Enfin, le processus d'agrégation des peptides Aβ par TDA a été réalisé à l'aide d'une détection simultanée UV-LIF utilisant des peptides fluorescents marqués FITC. Cette étude a démontré que les voies d'agrégation des peptides Aβ natifs sont modifiées par la présence du fluorophore. En conclusion, la TDA permet une spéciation des espèces solubles (monomères, oligomères, protofibriles) lors de l'agrégation des peptides Aβ, ce qui apporte des informations très précises sur le mécanisme d’agrégation.Mots-clés: Maladie d'Alzheimer ; peptides β-amyloïdes ; analyse de dispersion de Taylor ; études d'agrégation ; microscopie à force atomique ; ThT assay; diffusion dynamique de la lumière