Rôle des interactions protéines–glycosaminoglycanes dans l'intégrité fonctionnelle de la joncti[...]

Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health

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 structurquement 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.

• 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.
• 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.
• 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.

The neuromuscular junction (NMJ) is a specialized synapse whose structural and functional integrity is essential for neuromuscular transmission and for the maintenance of muscle function throughout life. It relies on the finely regulated assembly of multiprotein complexes, among which the agrin–LRP4–MuSK signaling pathway plays a central role by controlling the organization, stabilization, and renewal of acetylcholine receptors. Alterations in this signaling pathway are involved in numerous neuromuscular disorders.

Glycosaminoglycans (GAGs), and in particular heparan sulfates carried by proteoglycans of the extracellular matrix and the postsynaptic membrane, play a key role in modulating this signaling. Their high structural diversity, generated by specific sulfation patterns, governs their selective interactions with NMJ proteins and enables fine regulation of adhesion, signaling, and synaptic stabilization processes. Recent studies, notably within the framework of the ReSulF project, indicate that rare heparan sulfate modifications—especially 6-O- and 3-O-sulfated motifs—are critical for neuromuscular junction stability and may represent innovative therapeutic targets.

However, the precise identification of the GAGs involved, the characterization of their interactions with NMJ protein partners, and the evaluation of GAG mimetics for therapeutic purposes require the development of integrated and sufficiently sensitive analytical tools. Such tools should provide both kinetic information about binding events and the identification of the bound GAG or ligand. Currently, no single technique can simultaneously deliver both kinetic and structural information. Therefore, there is a clear need to develop a new analytical tool or platform to study these types of interactions. The coupling of surface plasmon resonance (SPR) with mass spectrometry (MS), referred to as SPR‑MS, represents a particularly innovative approach in this context. This strategy enables real-time measurement of kinetic and thermodynamic parameters of biomolecular interactions by SPR, followed by structural identification and characterization of the captured ligands by MS, all from a single biochip-based platform.

At the LAMBE laboratory, an original SPR‑MS setup based on removable array-format biochips has already demonstrated its feasibility for studying protein–protein interactions, including from complex biological mixtures. The objective of this PhD project is to extend and optimize this approach for the study of protein–GAG interactions involved in the functional integrity of the neuromuscular junction.

• Optimization of SPR‑MS coupling for protein–GAG interactions through the development of adapted surface chemistries and innovative capture strategies.
• Biophysical and structural characterization of interactions between specific GAGs (or GAG mimetics) and key NMJ proteins (agrin, LRP4, MuSK) using combined SPR and mass spectrometry approaches.
• Application of these developments to the isolation of physiopathologically relevant GAGs and to the evaluation of GAG mimetics capable of restoring or potentiating agrin-dependent signaling.

This work is expected to lead to significant methodological advances in SPR‑MS applied to protein–GAG interactions, to improve our understanding of the role of specific sulfation motifs in neuromuscular junction stability, and to identify GAG mimetics with strong therapeutic potential.

Début de la thèse : 01/10/2026

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Funding category:Contrats ED : Programme blanc GS‑LSaH

Le/la candidat(e) devra être issu(e) d'une formation en biochimie, biologie ou biophysique et disposer d'une solide culture scientifique pluridisciplinaire à l'interface de ces disciplines. Une bonne maîtrise des notions fondamentales en biologie cellulaire, en chimie et en biochimie des glucides et des protéines, ainsi que des principales méthodes de préparation, de séparation et d'analyse d'échantillons biologiques (chromatographie, électrophorèse sur gel et en capillaire) est attendue.

Une sensibilité particulière aux approches de biologie cellulaire, incluant l'étude des interactions à la surface cellulaire, de la matrice extracellulaire et des processus de signalisation, une familiarité avec les approches de chimie analytique et de biophysique, ainsi qu'un intérêt marqué pour le développement et l'utilisation de méthodes innovantes à l'interface entre biomolécules, biologie et chimie du vivant seront particulièrement appréciés. Des connaissances ou une première expérience en résonance plasmonique de surface, en interactions biomoléculaires, en spectrométrie de masse ou en analyses multi‑paramétriques constitueront un atout.

Le/la candidat(e) devra faire preuve d'une forte motivation pour les projets interdisciplinaires nécessitant un dialogue étroit entre équipes de biologie et de chimie pour le vivant, d'une bonne capacité à travailler en équipe, ainsi que d'autonomie, de rigueur scientifique et d'une aptitude à apprendre et à s'approprier rapidement de nouvelles méthodes expérimentales.The candidate should hold a background in biochemistry, biology, or biophysics and demonstrate a strong multidisciplinary scientific culture at the interface of these fields. A solid understanding of fundamental concepts in cell biology, as well as in carbohydrate and protein chemistry and biochemistry, is expected, along with knowledge of the main methods for the preparation, separation, and analysis of biological samples (chromatography, gel electrophoresis, and capillary electrophoresis).

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