Thèse Rôle des Interactions Protéines-Glycosaminoglycanes dans l'Intégrité Fonctionnelle de la Jonction Neuromusculaire Développement et Apport du Couplage Spr-MS H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health
École doctorale : Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
Laboratoire de recherche : LAMBE - Laboratoire Analyse, Modélisation et Matériaux pour la Biologie et l'Environnement
Direction de la thèse : Régis DANIEL ORCID 0000000307255439
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-23T23:59:59

La jonction neuromusculaire (JNM) est une synapse spécialisée dont l'intégrité structurelle et fonctionnelle est essentielle à la transmission neuromusculaire et au maintien de la fonction musculaire tout au long de la vie. Elle repose sur l'assemblage finement régulé de complexes multiprotéiques, au premier rang desquels figure la voie de signalisation agrine-LRP4-MuSK, indispensable à l'organisation, à la stabilisation et au renouvellement des récepteurs de l'acétylcholine. Des altérations de cette signalisation sont impliquées dans de nombreuses pathologies neuromusculaires.
Les glycosaminoglycanes (GAGs), en particulier les héparanes sulfates portés par les protéoglycanes de la matrice extracellulaire et de la membrane postsynaptique, jouent un rôle clé dans la modulation de cette signalisation. Leur grande diversité structurale, générée par des motifs de sulfatation spécifiques, conditionne leurs interactions avec les protéines de la JNM et permet un réglage fin des processus d'adhésion, de signalisation et de stabilisation synaptique. Des travaux récents indiquent que certaines modifications rares des héparanes sulfates, en particulier les motifs 6-O- et 3-O-sulfatés, sont déterminantes pour la stabilité de la jonction neuromusculaire et pourraient constituer des cibles thérapeutiques innovantes [Maïza A. et al., Sci. Rep., 2020].
L'identification précise des GAGs impliqués, la caractérisation de leurs interactions avec les partenaires protéiques de la JNM et l'évaluation de structures mimes de GAGs à visée thérapeutique nécessitent cependant le développement d'outils analytiques intégrés et suffisamment sensibles. De tels outils devraient permettre à la fois d'accéder aux informations cinétiques relatives aux événements de liaison et d'identifier le GAG ou le ligand lié. À l'heure actuelle, aucune technique unique ne permet de fournir simultanément des informations cinétiques et structurales. Il existe donc un besoin clairement identifié de développer un nouvel outil ou une nouvelle plateforme analytique dédiée à l'étude de ce type d'interactions. Le couplage de la résonance plasmonique de surface (SPR) avec la spectrométrie de masse (MS), ou SPR-MS, constitue à cet égard une approche particulièrement innovante, permettant de mesurer en temps réel les paramètres cinétiques et thermodynamiques des interactions biomoléculaires par SPR, puis d'identifier et de caractériser structuralement les ligands capturés par MS à partir d'un même support de type biopuce.
Au LAMBE, un dispositif original de couplage SPR-MS, basé sur des biopuces amovibles au format « array », a déjà démontré son applicabilité à l'étude d'interactions protéine-protéine, y compris à partir de mélanges biologiques complexes. Cette thèse vise à étendre et optimiser cette approche pour l'étude des interactions protéines-GAGs impliquées dans l'intégrité fonctionnelle de la jonction neuromusculaire.
Le projet s'articule autour de trois axes : (i) l'optimisation du couplage SPR-MS pour les interactions protéine-GAGs, via le développement de chimies de surface adaptées et de stratégies de capture innovantes sur biopuces SPR; (ii) la caractérisation biophysique et structurale des interactions entre GAGs spécifiques (ou mimes) et les protéines clés de la JNM (agrine, LRP4, MuSK), par des approches combinant SPR et spectrométrie de masse ; (iii) l'application de ces développements à l'isolement de GAGs d'intérêt physiopathologique, et à l'évaluation de mimes de GAGs capables de restaurer ou de potentialiser la signalisation agrine-dépendante.
Ce travail devrait conduire à des avancées méthodologiques majeures en SPR-MS appliqué aux interactions protéines-GAGs, à une meilleure compréhension du rôle des motifs de sulfatation spécifiques dans la stabilité de la jonction neuromusculaire, et à l'identification de mimes de GAGs à fort potentiel thérapeutique.

Le couplage de la résonance plasmonique de surface (SPR) avec la spectrométrie de masse (MS), désigné sous le terme SPR-MS, constitue une approche analytique multidimensionnelle particulièrement innovante pour l'étude des interactions biomoléculaires. Cette stratégie permet, à partir d'un même support de type biopuce, de mesurer en temps réel les paramètres cinétiques et thermodynamiques d'interactions récepteur-ligand par SPR, puis d'identifier et de caractériser structuralement les ligands capturés par spectrométrie de masse.
Au LAMBE, un dispositif original de couplage SPR-MS a été développé, reposant sur l'utilisation de biopuces amovibles au format « array », compatibles à la fois avec l'imagerie SPR et l'analyse par MALDI-TOF MS. Cette approche a permis de démontrer la faisabilité du couplage pour des interactions protéine-protéine (anticorps/antigènes), y compris à partir de mélanges biologiques complexes tels que le sérum, l'urine ou la salive. Ces travaux ont mis en évidence le fort potentiel du couplage SPR-MS pour la découverte de biomarqueurs, tout en soulignant certaines limites actuelles, notamment en termes de sensibilité lors de la détection MS.
Parallèlement, les interactions protéines-sucres, et en particulier protéines-glycosaminoglycanes (GAGs), restent encore peu explorées par ce type d'approche intégrée, alors même qu'elles sont centrales dans de nombreux processus biologiques. Les GAGs, et plus spécifiquement les héparanes sulfates, présentent une grande diversité structurale liée à des motifs de sulfatation finement régulés, responsables d'interactions sélectives avec un large éventail de protéines.
Des travaux récents suggèrent que certaines modifications spécifiques des héparanes sulfates (en particulier les motifs 6-O et 3-O sulfatés) jouent un rôle clé dans la stabilité et la fonction de la jonction neuromusculaire (JNM), via la modulation du signal agrine-LRP4-MuSK. Cependant, l'identification précise des GAGs impliqués, la caractérisation de leurs interactions avec les partenaires protéiques et l'évaluation de mimes de GAGs à visée thérapeutique nécessitent encore le développement d'outils analytiques adaptés et suffisamment sensibles.
Sur le plan biologique, la jonction neuromusculaire (JNM) est une synapse spécialisée dont l'intégrité structurelle et fonctionnelle conditionne la transmission neuromusculaire et le maintien de la fonction musculaire tout au long de la vie. Elle repose sur l'assemblage finement régulé de complexes multiprotéiques, au premier rang desquels figure la voie de signalisation agrine-LRP4-MuSK, essentielle à l'organisation, à la stabilisation et au renouvellement des récepteurs de l'acétylcholine. Des altérations de cette signalisation sont impliquées dans de nombreuses pathologies neuromusculaires.
Les glycosaminoglycanes, en particulier les héparanes sulfates, portés par les protéoglycanes de la matrice extracellulaire et de la membrane postsynaptique, jouent un rôle clé dans la modulation de cette signalisation. La diversité structurale des GAGs, générée par des motifs de sulfatation spécifiques, conditionne leurs interactions avec les partenaires protéiques de la JNM et permet un réglage fin des processus d'adhésion, de signalisation et de stabilisation synaptique. Des données récentes indiquent que certaines modifications rares des héparanes sulfates, notamment les motifs 6-O et 3-O sulfatés, sont déterminantes pour la stabilité de la jonction neuromusculaire et pourraient représenter des cibles thérapeutiques innovantes.

Dans ce contexte, l'expérience acquise au LAMBE sur le couplage SPR-MS, ainsi que les développements récents autour de modèles d'interactions protéines-sucre basés sur des puces lectines, constituent un socle méthodologique solide pour le développement de ce projet doctoral visant l'étude des interactions protéines-GAGs impliquées dans l'intégrité de la jonction neuro-musculaire et l'identification de séquences d'intérêt physiopathologique de GAGs bioactives et exploitables pour la conception de mimes à visée thérapeutique.

L'objectif général de cette thèse est de développer et d'exploiter le couplage SPR-MS pour l'étude des interactions protéine-glycosaminoglycanes (GAGs) impliquées dans l'intégrité fonctionnelle de la jonction neuromusculaire, et d'évaluer le potentiel de mimes de GAGs dans le rétablissement thérapeutique de cette jonction.
Les objectifs scientifiques se déclinent selon trois axes principaux :
1.Optimisation du couplage SPR MS pour les interactions protéine GAGs
- Adaptation et optimisation des chimies de surface des biopuces pour l'immobilisation contrôlée soit de GAGs natifs, d'oligosaccharides définis ou de mimes de GAGs, soit de protéines partenaires impliquées dans la jonction
- Évaluation de différentes stratégies de capture de GAGs en évaluant différents récepteurs (protéines de la jonction, lectines, anticorps anti-motifs GAGs, nanobodies, et autres sondes alternatives) afin d'augmenter la quantité de ligands capturés et d'améliorer la sensibilité de détection par MS.
2.Caractérisation biophysique et structurale des interactions protéine GAGs pertinentes pour la JNM
- Étude des interactions entre GAGs spécifiques (ou mimes) et des protéines clés de la jonction neuromusculaire (agrine, LRP4, MuSK et partenaires associés) à l'aide de différentes approches biophysiques (SPR, photométrie de masse et spectrométrie de masse).
- Détermination des paramètres cinétiques et thermodynamiques par SPR, couplée à l'identification et à la caractérisation des GAGs impliqués par MS (MALDI-TOF, éventuellement MS/MS).
3.Application à l'isolement et à l'évaluation fonctionnelle de GAGs et de mimes thérapeutiques
-Isolement et identification de fractions de GAGs associées à l'intégrité ou à l'altération de la jonction neuromusculaire.
-Évaluation, par SPR-MS, de mimes de GAGs capables de restaurer ou de potentialiser les interactions protéines-GAGs impliquées dans la signalisation agrine dépendante, en lien avec les partenaires biologiques.

Le doctorant bénéficiera de l'environnement technologique et scientifique du LAMBE et de sa plateforme de spectrométrie de masse labellisée Genopole. Les principales méthodologies envisagées incluent :
-Résonance plasmonique de surface par imagerie (SPRi) pour l'analyse multiplexée des interactions biomoléculaires.
-Spectrométrie de masse MALDI-TOF et imagerie MALDI pour l'identification des ligands capturés sur une biopuce.
-Développements de surfaces fonctionnalisées compatibles SPR-MS dédiées aux GAGs.
-Utilisation de modèles préalables d'interactions protéines-sucres basés sur des puces lectines pour valider et affiner les approches méthodologiques.
-Techniques complémentaires de caractérisation biophysique (photométrie de masse) afin d'obtenir des informations indépendantes sur les assemblages récepteur-ligand.
Le candidat bénéficiera directement du savoir-faire issu de plusieurs thèses déjà soutenues ou en cours au laboratoire sur le couplage SPR-MS, ainsi que des collaborations établies.