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Ji-Hyung Choi

Développement de sondes peptidiques à base de complexes de lanthanides luminescents destinés à l'imagerie optique de zinc(II) intra-cellulaire

Publié le 11 février 2022
Thèse soutenue le 11 février 2022 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Chimie Biologie

Résumé :
Nous souhaitons développer des outils de détection, de localisation et de quantification de molécules tel que le cuivre, de zinc et d’ADN. Nos sondes ont la particularité d’avoir une base peptidique et d’utiliser des complexes de lanthanides. Le peptide est la structure principale qui joue le rôle de reconnaissance spécifique de la molécule cible et le complexe de lanthanide est utilisé pour ses propriétés de luminescence particulières.
Les lanthanides possèdent des émissions sur tout le spectre électromagnétique, les raies sont fines et caractéristiques à chacun des lanthanides et enfin, leurs longs temps de vie de luminescence permettent une détection en temps résolu. Ces propriétés sont avantageuses pour l’utilisation en milieu biologique car il est possible de se placer sur le domaine de transparence du milieu cellulaire et de s’affranchir de l’autofluorescence à durée de vie très courte par rapport à la luminescence des lanthanides. En contrepartie, le mauvais coefficient d’absorption des lanthanides impose l’utilisation d’une antenne dont la fonction est de « capter » l’énergie de l’excitation et de transférer l’énergie vers la lanthanide par « effet antenne ». Mon projet de thèse consiste à développer des sondes pour la détection du zinc(II) dans les cellules vivantes par microscopie. La reconnaissance du zinc(II) sera effectuée par un peptide doigt de zinc (ZF) capable de reconnaître le zinc(II) sélectivement. Le peptide a la particularité de se replier en deux feuillets betas; et une hélice alfa ; lorsque le zinc(II) est coordonné ; sans l’ion, le peptide perd sa conformation rigide. La réponse de la sonde se mesurera sur la luminescence d’un lanthanide couplé au ZF et sera modulée par la reconnaissance du zinc(II). Plus précisément, on mesurera la réponse par le temps de vie de luminescence car le temps de vie est indépendante de la concentration locale contrairement aux mesures des intensités de luminescence ; on peut donc utiliser le temps de vie pour des mesures quantitatives. De plus, l’antenne devra être compatible à l’absorption bi-photonique (2P) afin d’obtenir une longueur d’onde d’excitation et d’émission dans la fenêtre de transparence du milieu cellulaire.
Dans cet optique, le principe de la sonde se fonde sur la modulation du transfert d’énergie entre le complexe de lanthanide et un désactivateur. Cette modulation est permise par une modulation de distance entre ces deux composés par le repliement du peptide ZF. Ainsi, cette thèse comportera de multiples aspects.
Nous présenterons nos efforts pour développer des complexes de lanthanides luminescents conjugables à un peptide, puis le développement des sondes à zinc et ses analyses spectroscopiques ; et enfin, nous présenterons nos recherches d’une stratégie d’internalisation dans les cellules vivantes. Pour le moment, il existe peu d’exemples dans la littérature de sondes à base de complexe de lanthanide capables de s’internaliser sur cellules vivantes. La plupart utilise des cellules fixées ou ajoute des additifs perforant la membrane. Notre ouverture sur la chimie des peptides nous ont conduit à étudier des séquences peptidiques permettant la pénétration cellulaire, appelées CPP (Cell Penetrating Peptide). Parmi les CPP testés, un CPP s’est démarqué avec lequel nous avons obtenus des résultats prometteurs.

Jury :
Rapporteur : Nicolas Delsuc
Rapporteur : Clémence Allain
Examinateur : May Morris
Examinateur : Frédérique Loiseau
Examinateur : Stéphane Petoud
Directeur de thèse : Olivier Sénèque

Mots clés :
imagerie, luminescence, lanthanides, zinc, sonde