Outils hybrides chimiogenetiques pour l'imagerie haute résolution du zinc dans le cerveau – HyReZ

Le zinc(II) est présent dans certaines synapses glutamatergiques du cerveau, mais pas toutes, et contribue à la modulation de la transmission synaptique excitatrice et de la plasticité. L'importance du zinc dans le cerveau est désormais bien reconnue, mais il manque encore d'outils adéquats pour étudier la dynamique et la régulation de la secretion de zinc lors de l'activité synaptique avec une haute résolution spatiale et temporelle. L'ambition du projet HyReZ est de développer un ensemble d’outils hybrides à la fois chimiques et génétiques pour étudier la sécrétion et la régulation du zinc au dans le cerveau avec une résolution permettant de détecter des évènement isolés sur une unique synapse. Premièrement, nous proposons de développer des senseurs hybrides basés sur des indicateurs synthétiques fluorogéniques de zinc pouvant être activés par réaction avec HaloTag, une étiquette de marquage de protéine bien établie qui sera exprimée dans les synapses des neurones postsynaptiques. Cette activation locale permettra ainsi d'éviter tout signal non spécifique et d’obtenir une sélectivité de ciblage comparable à celle des biosenseurs basés sur les protéines fluorescentes tout en bénéficiant des propriétés supérieures des indicateurs synthétiques. Nous mettrons en œuvre une stratégie combinant la conception de petites molécules et l'ingénierie de HaloTag par évolution dirigée pour obtenir des capteurs hybrides fluorogéniques brillants, sélectivement sensibles au Zn(II), avec une grande sensibilité, une cinétique de liaison rapide et une affinité modulable. Afin de faciliter l’imagerie des tissus et le multiplexage, ainsi que de potentielles futures applications in vivo, nous veillerons aussi à développer des senseurs émettant dans le rouge ou le rouge lointain. Deuxièmement, en association avec de nouveaux modèles murins et outils génétiques basés sur la Cre-recombinase permettant la stimulation sélective des neurones zincergiques par optogénétique, ces senseurs hybrides permettront l’imagerie ex vivo sur tranches des flux rapides de zinc synaptique extracellulaire avec une haute résolution spatiale et temporelle.
Le projet HyReZ devrait fournir de nouvelles perspectives clés sur la dynamique du zinc dans le cerveau et son impact sur la neurotransmission. Il permettra aussi d’établir une stratégie robuste pour concevoir des biosenseurs fluorogéniques et chimogénétiques, pouvant être étendue à d'autres analytes et projets.