Synthèse et caractérisation de sondes peptidiques luminescentes pour l'imagerie biologique du cuivre (I) et du zinc (II)

par Manon Isaac

Thèse de doctorat en Chimie inorganique et Bio inorganique

Sous la direction de Olivier Seneque.

Soutenue le 14-12-2015

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Didier Boturyn.

Le jury était composé de Olivier Maury, Pascale Delangle.

Les rapporteurs étaient Clotilde Policar, Loïc Charbonnière.


  • Résumé

    Le zinc et le cuivre sont à la fois essentiels et toxiques pour les organismes vivants, c’est pourquoi ils sont très finement régulés. Pour comprendre le rôle et les flux de ces métaux, il est nécessaire de pouvoir les imager, notamment à l’aide de sonde fluorescente. Les sondes développées sont basées sur des sites de liaison de métalloprotéines et un complexe de lanthanide pour l’émission en temps résolu.Le principe de la sonde à cuivre(I), inspirée de la chaperonne CusF, repose sur la formation d’une interaction cation-pi entre le cuivre(I) et la chaîne latérale du tryptophane. Cette interaction modifie les propriétés du tryptophane et conduit à l’augmentation de la luminescence du terbium. L’étude du mécanisme spectroscopique a montré que l’interaction cation-pi augmente le croisement intersystèmes et donc la population de l’état triplet du tryptophane, ce qui permet de transférer plus d’énergie au lanthanide. Cette sonde est sélective de Cu+ parmi les cations physiologiques mais s’allume également en présence d’argent(I). Cette sonde a été modifiée dans le but d’améliorer ses propriétés (constantes d’affinité, sélectivité, contraste, longueur d’onde d’émission). L’une des sondes dérivées est capable de différentier entre Cu+ et Ag+, ce qui est unique.Le principe de la sonde à zinc, basée sur une séquence à doigt de zinc, repose sur la modulation du transfert d’énergie entre le lanthanide et son antenne par une modification de la distance. La sonde s’allume sélectivement en présence de zinc. La sonde a ensuite été modifiée, premièrement pour incorporer un second complexe de lanthanide et obtenir une sonde ratiométrique, et deuxièmement pour décaler les longueurs d’onde d’excitation et d’émission respectivement vers le spectre visible et le proche infra-rouge. Sur ce dernier point, une nouvelle antenne a été découverte pour la sensibilisation du néodyme.

  • Titre traduit

    Peptide-based luminescent probes for biological imaging of zinc and copper


  • Résumé

    Zinc and copper are essential and toxic for living organisms, so they are tightly regulated. To understand, at cellular level, the role of the kinetically exchangeable pool of these metals and their fluxes, we have designed peptidic luminescent probes based on the binding site of metalloproteins and on a lanthanide complex as time-resolved emitting moiety.The copper(I) probe, which is inspired by the chaperone CusF, rely on the formation of a cation-pi interaction between copper and a tryptophan side chain to turn on the luminescence of a terbium ion. Detailed spectroscopic characterizations, including time-resolved spectroscopy, have shown that the cation- pi enhances intersystem crossing and thus population of the tryptophan triplet state, which transfers energy to the lanthanide. This probe is selective for Cu+ among physiological cations but is able to detect silver(I) also. This probe was modified to change its properties (binding constants, selectivity, contrast, emission wavelength). Among derived probes, one of them is able to discriminate between Cu+ and Ag+, a property that has not been reported so far for copper or silver probes.The zinc probe is based on a zinc finger sequence and rely on the modulation of energy transfer between the lanthanide and its antenna by a distance change. It turns on upon zinc binding and is perfectly selective for zinc. The probe was then modified (i) to incorporate a second lanthanide complex and obtain a ratiometric probe and (ii) to shift the excitation and emission wavelength to the visible and near infrared, respectively. Concerning this last point, a new antenna was discovered for the sensitization of the neodymium ion.


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