TITRE    DEVELOPPEMENTS METHODOLOGIQUES EN RMN DU SOLIDE POUR L’ETUDE DES    INTERACTIONS STEROLS-MEMBRANES
    TITLE    SOLID STATE NMR METHODOLOGICAL DEVELOPMENTS FOR STEROLS-MEMBRANES    INTERACTIONS UNDERSTANDING
    AUTEUR    Olivier SOUBIAS
    UNIVERSITE    Université Paul Sabatier ( TOULOUSE III)
    DATE    15 Décembre 2003
    LABORATOIRE    Institut de pharmacologie et de Biologie Structurale (IPBS-CNRS)
    DIRECTION DE THESE    Pr. Alain Milon
    PARRAINAGE    Pr. Alain Milon
RESUME :
L’étude des interactions au sein d’une membrane biologique est au centre de la compréhension de son organisation supramoléculaire et de sa dynamique fonctionnelle. En particulier, la mise en évidence récentes des domaines lipidiques, riches en cholestérol et en lipides saturés qui joueraient un rôle important dans la signalisation intracellulaire a renouvelé l’intérêt d’apporter de nouvelles informations sur les interactions et la dynamique de système modèle lipides – stérols et/ou stérols – protéines. Cette thèse regroupe un ensemble de développements méthodologiques en RMN du solide qui permettent d’appréhender ces interactions spécifiques.

La première partie de ce travail est consacrée à la mise au point d’une stratégie afin de caractériser de manière fine le réseau de liaisons hydrogène qui existe à l’interface membranaire. De nouvelles informations ont été obtenues  par comparaison des  déplacements chimiques carbone du cholestérol obtenus expérimentalement et des  déplacements chimiques calculés par chimie quantique.

Le chapitre suivant traite des mécanismes d’élargissement de raie observés au sein d’échantillons de type bicouches lipidiques orientés. Les résultats obtenus ont abouti à une compréhension claire des différentes sources d’élargissement de raie dans cet échantillon, à l’amélioration d’un facteur 4 de la résolution et donc à l’élaboration de règles simples pour la préparation optimale de bicouches protéolipidiques orientées.



La dernière partie montre qu’à partir du calcul quantique des tenseurs CSA (Anisotropie de déplacement chimique) statiques de tous les carbones, et de leur comparaison avec les CSA expérimentaux, qui sont moyennés par les mouvements moléculaires, il est possible d’extraire des contraintes orientationnelles qui permettent de caractériser la dynamique de ces stérols (orientation moyenne, paramètre d’ordre moléculaire). Cette approche originale a permis de déterminer l’orientation et la dynamique de l’ergostérol dans des membranes de DMPC et de permettre la compréhension des interactions de ce stérol avec son environnement lipidique.

ABSTRACT:
The discovery of lipid rafts, lateral domains in membranes of elevated cholesterol and glycosphingolipid content that potentially play an important role in cell signaling, has renewed interest in the study of sterol-lipid interaction. Several approaches have been developped in this doctoral Thesis to investigate the structure, dynamics and interactions between sterol and phospholipids by using solid state NMR.

In the first part of this work, a method is developped to study hydrogen bonding interactions between the sterol and the membrane headgroup, using experimentally measured and theoritically calculated carbon chemical shifts.  

The second part deals with the investigation of linebroadening mechanisms in oriented membrane samples. It is shown that magnetic susceptibility is the major source of linebroadening for sterol-lipids samples and that it is possible to adjust the main field homogeneity by using an internal probe.

In the last part, it is shown that orders parameters of sterol molecules can be obtained from the comparaison of experimentally measured and calculated dynamically averaged CSA derived from quantum chemical calculations.