Synthèse de complexes originaux de ruthénium(II) à base de ligands étendus dérivés de phénanthroline, caractérisation photophysique et propriétés d'interaction avec les G-quadruplexes

par Dounia Saadallah

Thèse de doctorat en Chimie Biologie

Sous la direction de Martine Demeunynck et de Cécile Moucheron.

Le président du jury était Vincent Raussens.

Le jury était composé de Thierry Douki, David Monchaud.

Les rapporteurs étaient Lionel Delaude, Laurent Bouffier.


  • Résumé

    Depuis plusieurs années, les quadruplexes de guanine ou G4, structures particulières de l’ADN, suscitent un intérêt grandissant. Ces structures, largement étudiées in vitro, sont encore peu connues in vivo mais semblent jouer un rôle important dans la régulation de l’expression génétique. Elles ont rapidement été considérées comme des cibles thérapeutiques potentielles pour certaines maladies telles que le cancer. Le premier indice de leur existence dans les cellules n’a été obtenu qu’en 2013 par immunodétection sur des cellules fixées. Les recherches sont actuellement tournées vers le développement de nouveaux outils moléculaires qui permettraient la visualisation des G4 dans des cellules vivantes.C’est dans ce cadre que nous avons conçu et développé une série de complexes polyazaaromatiques de ruthéniumII à base de ligands plans étendus (heptacycle dpqp et octacycle dppqp). La combinaison des propriétés photophysiques des complexes de RuII associée à la présence d’un large plan étendu devant permettre l’interaction avec les G4, positionne ces molécules comme outils potentiels pour l’étude des G4 in vivo.La première partie de ce projet porte sur la synthèse de ces nouveaux complexes de ruthénium. Une méthode originale de "chimie sur complexe" a permis d'obtenir, entre autres, un complexe possédant le ligand dpqp, fonctionnalisé par une triple liaison. Il a également été possible, « par chimie sur complexe », de construire un cycle supplémentaire sur le ligand heptacyclique (dpqp) chélaté pour obtenir les complexes [Ru(L)2dppqp]2+. Les propriétés photophysiques des différents complexes ont été étudiées. Seuls deux complexes, [Ru(phen)2dpqp-Cl]2+ et [Ru(TAP)2dpqp-Cl]2+, présentent un comportement s’approchant de celui des complexes de référence; c’est à dire des rendements quantiques comparables à [Ru(bpy)3]2+ et des durées de vie de l’état excité de l’ordre de la centaine de nanosecondes. Les autres complexes sont non luminescents et l’hypothèse d’un quenching par transfert de proton à l’état excité a été avancée pour expliquer ce comportement.Les complexes ont aussi été évalués vis à vis de différentes structures oligonucléotidiques G4 et duplexes. Tous les complexes possèdent une affinité correcte envers les G4. Comme nous l'espérions, le complexe porteur du ligand octacyclique semble être particulièrement sélectif envers les G4 par rapport à l'ADN double brin. Il a aussi été montré que deux des complexes testés peuvent être utilisés comme sondes moléculaires "light-switch ON" pour les structures G4 en milieu cellulaire. Certains des complexes synthétisés sont donc d’excellents candidats en tant qu’outils moléculaires pour l’étude des G4 in vivo.

  • Titre traduit

    Synthesis of new ruthenium(II) complexes bearing large planar ligands derived from phenanthroline, photo-physical characterization and interaction properties with G4-quadruplexes


  • Résumé

    The interest for some unusual structures of DNA, the G4 quadruplexes was growing these past few years. Those structures were extensively studied in vitro, but a lot remains unkwown about their existence in vivo. Intererstingly, G4 structures seem to play key regulatory roles in gene expression and are therefore potential therapeutic targets for diseases such as cancer. Consequently, visualisation of those structures in cells is the present challenge today, and the use of small molecules with luminescent properties is promising in this context.In this framework, we designed a series of new rutheniumII complexes chelating a large planar aromatic ligand, (heptacycle dpqp or octacycle dppqp). The combination of the photophysical properties of RuII complexes with proposed favorable stacking properties of the ligand with G4, would make these complexes promising molecular tools for G4 visualization.The first part of this project focusses on the synthesis of ruthenium complexes and their specific ligands. One particular ligand is formed by the condensation between acridine and phenanthroline moieties. A chemistry on the complex approach enabled us 1) to functionnalize the chelated ligand by a triple bond that will be used for the formation of an heterodimer by click chemistry, and 2) to build an additional cycle on the chelated ligand. Photophysical properties were evaluated and only two complexes, [Ru(phen)2dpqp-Cl]2+ and [Ru(TAP)2dpqp-Cl]2+, exhibit the same photophysical behaviour than the reference complexes. Indeed, the quantum yields are in the same order of magnitude than for [Ru(bpy)3]2+ and the excited state lifetime are of a few hundred nanosecondes. The other complexes are non-luminescent and a quenching by excited state proton transfer was hypothesised to explain this unusual behaviour. Interaction properties with G4 DNA were evaluated. All complexes display good affinity towards G4 and as expected, the complexe bearing the octacyclic ligand shows a strong selectivity towards G4 compared to dsDNA. Two of the complexes were proven to be potential luminescent light-switch ON probes for G4 detection in cells. In conclusion, this work highlights the possibility to use some of the newly synthetized complexes as efficient molecular tools for G4 visualization in cells.

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