Le cuivre, sous forme d’ions Cu+ ou Cu2+, est un élément essentiel à la vie. Il est impliqué dans de nombreux processus biologiques. Néanmoins, son homéostasie doit être finement régulée, aussi bien au niveau cellulaire qu’au niveau d’un organisme entier. En effet, un excès de cuivre favorise le stress oxydant et un défaut de cuivre peut être létal. De nombreuses maladies sont associées à des dérèglements de l’homéostasie du cuivre.
Des chercheurs de notre laboratoire développent des sondes luminescentes pour détecter des cations métalliques en milieu biologique, a mis au point une sonde sélective de Cu+, forme stable du cuivre au sein des cellules. Cette sonde est inspirée de la protéine CusF (Figure 1) qui convoie sélectivement Cu+ dans les bactéries à Gram- en le liant par les chaînes latérales de deux méthionines, une histidine et un tryptophane.
Figure 1 : À gauche : structure 3D de la protéine CusF. À droite : principe de la construction de la sonde LCC1Tb.
Pour construire cette sonde appelée LCC1
Tb, les chercheurs de cette équipe ont utilisé un peptide cyclique incorporant la séquence de seize acides aminés de CusF qui permet la liaison de Cu
+ et ont greffé sur cette séquence un complexe de terbium (Tb
3+) (
Figure 2).
Figure 2 : sonde LCC1Tb présentant le peptide cyclique incorporant la séquence de seize acides aminés de la protéine CusF. Sont représentés en rouge les 4 acides aminés impliqués dans la liaison avec le cuivre.
L’ion Tb3+, comme d’autres ions de la famille des lanthanides, a la propriété d’émettre de la lumière lorsqu’il est excité. Ce phénomène, appelé luminescence, se caractérise par un temps d’émission très long, de l’ordre de la milliseconde, permettant de détecter l’émission du terbium sans être parasité par la fluorescence intrinsèque du milieu biologique, qui ne dure que quelques nanosecondes. Ainsi, la détection est très sensible. Avec la sonde LCC1Tb, l’émission verte de l’ion Tb3+ (Figure 3) est modulée par la présence du cuivre : elle est multipliée par 60 lorsque Cu+ se lie. LCC1Tb est parfaitement sélectif du Cu+ et ne répond à aucun autre ion physiologique.
Figure 3. Principe de fonctionnement de la sonde : en se liant au tryptophane (W), le cuivre augmente la luminescence du Tb3+.
Le changement de luminescence du terbium au sein de cette sonde repose sur un mécanisme nouveau qui ouvre de nouvelles perspectives pour l’élaboration de nouvelles sondes capables de détecter Cu+ ainsi que des cations toxiques comme Ag+, Cd2+ ou Hg2+.