Développement de sondes activables à deux photons pour une utilisation en neurosciences

Development of two photon activable molecular probes for applications in neuroscience

• Auteur / Autrice : Christine Tran
• Direction : Peter I. Dalko
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 19/11/2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Louis Fensterbank
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peter I. Dalko, Louis Fensterbank, Alexandre Specht, Rémi Métivier, Janick Ardisson, David Ogden
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexandre Specht, Rémi Métivier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aminoquinoléines

Quinoléine

Photolyse

Photons

Sondes moléculaires

Neurophysiologie

Mots clés libres

Composés cagés

Quinoléine

Biphotonique

Neurophysiologie

Caged compounds

Quinolines

Two-photon

Neurophysiology

Résumé

Des sondes photoactivables (composés “cagés”) dérivées de la 2-hydroxyméthylène-diméthylaminoquinoléine, ont été préparées et testées pour une application en neurophysiologie. Ces sondes montrent une stabilité hydrolytique élevée et une faible fluorescence, avec des cinétiques de photofragmentation rapides sous irradiation UV (365 nm). Il en est également de même dans des conditions biphotoniques en IR proche (730 nm). Une optimisation de cette plateforme a été réalisée en modifiant la nature et la position des substituants du chromophore, en augmentant la conjugaison et en incorporant des éléments de symétrie C2 et S3, conduisant aux sondes dipolaires, quadrupolaires (dimériques) et octupolaires (trimériques) à haute sensibilité biphotonique ( < 2,50 GM). Les dérivés les plus efficaces ont été testés dans des expériences en neurophysiologie. Tandis que les dérivés de kaïnate sont suffisamment stables en solution aqueuse à pH 7,4 pour les expériences en conditions physiologiques, les dérivés de L-glutamate et GABA ont nécessité une connexion de type carbamate avec la plateforme photoactivable. Sans irradiation, les solutions « stock » de ces composés « cagés » (c = 200-300 µM) n’ont pas produit d’effets majeurs sur l'excitabilité des neurones à en juger par le manque d'effet sur l'activité neuronale ou de potentiels d’actions synaptiques spontanés provoqués par une dépolarisation. La photolyse en lumière blanche par pulses courts d’irradiation a permis la libération de substances actives en quantité suffisante pour produire de grands courants (jusqu’à 5 nA) dans les neurones de Purkinje.

Photosensitive molecular probes (‘caged’ compounds) derived from 2-hydroxymethylenedimethylaminoquinoline were prepared and tested for applications in neurophysiology. These compounds show high hydrolytic stability and low fluorescence, with fast fragmentation kinetics upon UV irradiation (365 nm), and under two photon photolysis conditions (730 nm). This platform was optimized by modifying the substitution pattern, increasing the conjugation length and incorporating C2 or S3 symmetry elements. Dipolar, quadrupolar (dimer) and octupolar (trimer) derivatives were thus synthesized and were found exhibiting high two-photon sensitivity ( < 2,50 GM). The most efficient probes were tested in neurophysiological experiments. While kaïnate derivatives are stable in aqueous solution at pH 7.4 in physiological conditions, L-glutamate and GABA derivatives required the use of a carbamate linker. Without irradiation, any major changes were observed on neuron excitability with “stock” solutions of these caged compounds (c = 200-300 µM), according to the lack of effects on neuron activity or action potentials evoked by depolarization. White light photolysis by short pulses generated sufficient active substances to induce large inward currents (up to 5 nA) in Purkinje neurons.