New supramolecular and fluorogenic chemo-sensors : Proof-of-concept and biological applications

par Kamel Meguellati

Thèse de doctorat en Chimie - Biologie

Sous la direction de Sylvain Ladame et de Jean-Marie Lehn.

Soutenue en 2010

à Strasbourg .

  • Titre traduit

    Nouvelles sondes fluorogéniques supramoléculaires : Preuves de concepts et applications biologiques


  • Résumé

    Il existe actuellement un intérêt croissant pour la conception de nouvelles sondes chimiques basées sur des systèmes supramoléculaires qui ont la capacité de reconnaître un métabolite cible avec une grande affinité et spécificité. En réponse à cette interaction, le système subit une rééquilibration se traduisant par un changement des propriétés physiques du milieu. Parmi les sondes chimiques les plus intéressantes, les sondes fluorescentes pour lesquelles le phénomène de reconnaissance moléculaire du métabolite par le capteur s’accompagne d’un changement des propriétés de fluorescence de l’émetteur (longueurs d’onde d’excitation et d’émission) présentent l’avantage d’une très grande sensibilité et d’une grande simplicité de détection du signal. Nous proposons ici de développer un nouveau type de sonde moléculaire fluorescente inspirée des fluorophores de type cyanine dyes couramment utilisés en photographie, en stockage de données optiques ou encore en protéomique. La stratégie générale repose sur la capacité pour deux entités non-fluorescentes de réagir l’une avec l’autre de façon covalente (réversible ou irréversible) pour donner une molécule de type cyanine (ou analogue) fluorescente. Le système est conçu de telle sorte que la formation de la cyanine est thermodynamiquement fortement défavorisée mais peut être fortement amplifiée en présence d’un métabolite capable d’induire le rapprochement des deux entités réactives. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes ainsi intéressés à la mise en évidence et à l’étude de nouvelles réactions fluorogéniques biocompatibles puis à leurs applications pour la détection de structures ou séquences d’acides nucléiques (ADN) in vitro. [. . . ]


  • Résumé

    Herein, we are reporting the development of original fluorescent and fluorogenic probes which have multiple applications in modern bioresearch. We demonstrate the potential of these systems for sensing nucleic acid structures (e. G. DNA G-quadruplexes, DNA hairpins), nucleic acid sequences (detection of single mutations) and biometabolites (e. G. Malondialdehyde). Most systems rely on the templated synthesis of cyanine dyes (or cyanine dye imino analogues) via either an aldolisation-elimination irreversible reaction or a reversible reaction of imine formation. Of particular interest is the original family of imine-containing cyanine dyes obtained by reaction between a Fisher’s base aldehyde and a 2-amino-benzothiazolium derivative. These compounds are shown to form under reversible conditions compatible with the concept of dynamic combinatorial chemistry (DCC). We demonstrate that this fluorogenic system is responsive to external stimuli (such as temperature) and we demonstrate its potential use for monitoring reactions within water-in-oil microdroplets. Dynamic cyanine dyes are also described which are obtained from the reversible reaction between two molecules of 2-amino-benzothiazolium derivative and one molecule of malondialdehyde (MDA). We demonstrate that these compounds can serve as prodrugs for the selective alkylation of cytosines in vitro. Further work will be required to demonstrate whether the same strategy can be applied in vivo. We also use TD-DFT calculations to predict the maximum absorption wavelength of these modified cyanine dyes as well as that of the “classical” dyes. A very good correlation between theory and calculation was obtained by introducing a zero-point vibrational energy term. Finally, we show that the retro-Knoevenagel reaction is reversible and suitable for the concept of DCC. We demonstrate the reversibility of this C=C exchange reaction and in the future we plan to use this chemistry for developing new dynamic polymers.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (226 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2010;0689
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