Synthèse d’imidazo[1,2-a]pyrazin-3(7H)-ones originales et leurs évaluations comme substrats de la luciférase mutée d’Oplophorus gracilirostris nanoKAZ

Design and optimization of original imidazo[1,2-a]pyrazin-3(7H)-ones and their assessment as substrates of the mutated Oplophorus gracilirostris luciferase nanoKAZ

• Auteur / Autrice : Eloi Coutant-Flexer
• Direction : Yves Janin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 24/05/2018
• 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)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie et Biocatalyse
• Jury : Président / Présidente : Philippe Belmont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Belmont, Serge Thorimbert, Sandrine Piguel, Martine Schmitt, Arielle Genevois-Borella
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Serge Thorimbert, Sandrine Piguel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Luciferases

Chimie

Imidazoles

Chimie des composés hétérocycliques

Mots clés libres

Imidazopyrazinone

Luciférine

Luciférase

NanoKAZ

NanoLuc

Analogues de coelentérazine

Chimie hétérocyclique

Imidazopyrazinone

Luciferin

Luciferase

NanoKAZ

NanoLuc

Coelenterazine analogues

Heterocyclic chemistry

Résumé

L'utilisation massive des luciférases d'origine marine comme systèmes rapporteurs reste très limitée par le coût prohibitif de leurs substrats. Ces derniers sont constitués d'un noyau imidazo[1,2-a]pyrazin-3(7H)-one, dont les synthèses publiées sont difficiles et dont le stockage et l'utilisation nécessitent des précautions importantes. Nous avons découvert dans le cadre de ce projet une synthèse alternative originale d'imidazo[1,2-a]pyrazin-3(7H)-ones en 5 à 10 étapes ayant permis l'obtention au laboratoire de plus d'une centaine de nouveaux substrats potentiels, ainsi qu'une dérivatisation permettant le stockage de ces composés sans précaution particulière, à température ambiante, pour de longues périodes de temps. Ces luciférines originales ont ensuite été évaluées sur un mutant de la luciférase d'Oplophorus gracilirostris, nanoKAZ, afin d'étudier les relations structure-luminescence de ces substrats. Nous avons ainsi obtenu des substrats originaux avec des temps de demi-vie du signal bioluminescent largement accrus (plus de deux heures) ou des rapports signal/bruit cinq à dix fois supérieurs au couple commercial furimazine/nanoKAZ.

The large-scale use of marine luciferases as reporter systems is still very impeded by the prohibitive costs of their substrates. These imidazo[1,2-a]pyrazin-3(7H)-ones are difficult to synthesize, and their unstability make their storage and use cumbersome. In the course of this project, we have discovered a new synthesis of imidazo[1,2-a]pyrazin-3(7H)-ones in 5 to 10 steps, which allowed us to synthesize more than one hundred original potential substrates of these luciferases, alongside a derivatization method providing shelf-stable precursors of these molecules. The structure-luminescence relationships of these original substrates have been assessed with nanoKAZ, a mutated luciferase of the shrimp Oplophorus gracilirostris. This led us to identify original substrates endowed with greatly improved half-life (more than two hours) or with signal-over-noise ratios enhanced five to ten times versus the commercial furimazine/nanoKAZ system.