Sondes fluorescentes métallocèniques et biocompatibles répondant réversiblement à un signal redox – RFM

Le projet RFM vise à développer des sondes fluorescentes originales biocompatibles répondant de manière réversible à un stimulus redox, et capables de cibler les membranes cellulaires ainsi que des organelles intracellulaires. Les sondes fluorescentes biocompatibles répondant réversiblement à un signal redox constituent, en effet, une classe de molécules émergente mais encore sous-explorée notamment pour la détection d’espèces oxygénées/azotées réactives (ROS, RNS) qui jouent un rôle important dans les processus de signalisation cellulaire et dans la protection contre les agents pathogènes. En conséquence, ils sont en capacité de distinguer, grâce à la bio-imagerie en temps réel, des changements transitoires et chroniques de la capacité d'oxydation des organismes vivants.
La stratégie de conception de la sonde comprendra l'association d'un fluorophore organique de la famille des rhodamines, pour couvrir un large spectre de longueurs d’onde d'émission, et d'un métallocène (ferrocène, ruthénocène) afin de promouvoir un transfert d'électrons photo-induit (PeT) commutable par oxydoréduction, qui constituera l'étape clé du contrôle de la fluorescence. Le pouvoir redox de chaque métallocène sera ajusté via la fonctionnalisation des groupes cyclopentadiényles de façon à cibler des ROS/RNS bien spécifiques. D'autres modifications, au niveau de la sonde, telles que le greffage d'une chaîne phospholipidique ou d'une chaîne portant un chloroalcane, seront également effectuées pour cibler respectivement les membranes ou la protéine Halotag dans le but d'atteindre des organelles intracellulaires. La commutation réversible de nos sondes sera d'abord étudiée, à la fois électrochimiquement et chimiquement, en présence de ROS/RNS biologiquement pertinents et d'espèces réductrices telles que le glutathion, en solution puis en présence de vésicules artificielles. Les perspectives en bio-imagerie seront ensuite évaluées en présence de cellules vivantes.
Articulé sur une synergie entre études expérimentales (électrochimie moléculaire, synthèse chimique) et théoriques, le projet RFM conduira à la conception de dyades totalement originales en termes de: (i) réponse fluorescente claire entre les formes oxydée et réduite, (ii) modulabilité du potentiel redox, (iii) sélectivité, (iv) interaction/orientation dans les membranes phospholipidiques, et (v) perméabilité cellulaire/localisation subcellulaire spécifique.
RFM impliquera 3 équipes partenaires (PASTEUR, LBM, i-CLeHS) dans un programme de travail divisé en quatre parties principales: 1/ conception et synthèse de complexes combinant un métallocène et un dérivé de la rhodamine; 2/ étude des propriétés photo-physico-chimiques des différentes sondes préparées ; 3/ étude des interactions des dyades avec des architectures lipidiques au niveau moléculaire ; 4/ perspectives en bio-imagerie aussi bien au niveau de cellules vivantes modèles que d’organites subcellulaires spécifiques. Le LBM qui possède une longue expérience dans la préparation de (bio)-molécules possédant des propriétés fluorescentes apportera son savoir-faire en matière de conception/synthèse de sondes. Le laboratoire i-CLeHS apportera sa forte expertise en matière de recherche théorique, d'approches classiques et quantiques -DFT et TD-DFT. Enfin, PASTEUR apportera son expertise en électrochimie moléculaire et en bioélectrochimie, ainsi qu'en biophysique et en spectroscopie/microscopie de fluorescence.
L'impact du projet METAFLUOX peut être projeté bien au-delà de l’objectif initial de ce projet de recherche fondamentale, abordant des questions centrales en matière de théorie/modélisation, de synthèse, d'analyse, et de bio-imagerie.