Ingénierie d’outils chémogénétiques pour l’imagerie et la manipulation de systèmes biologiques

Engineering of chemogenetic tools for the imaging and manipulation of biological systems

• Auteur / Autrice : Hela Benaissa
• Direction : Arnaud Gautier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-physique
• Date : Soutenance le 11/05/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des biomolécules (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Matthieu Sainlos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Gautier, Matthieu Sainlos, Marie Erard, Dominique Bourgeois, Claire Deo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie Erard, Dominique Bourgeois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie physique et théorique

Mots clés libres

Outils chémogénétiques

Évolution dirigée

Imagerie biologique

Chemogenetic tools

Directed evolution

Biological imaging

Résumé

Les sondes fluorescentes jouent incontestablement un rôle primordial dans l’étude de systèmes biologiques vivants. Nous présentons dans ce travail le développement d’un marqueur chémogénétique hybride basé sur le système FAST (« Fluorescence-Activating and absorption Shifting Tag »). Nous avons conçu par ingénierie moléculaire et protéique, un tag protéique unique, pFAST, permettant de reconnaître une large collection de chromophores fluorogéniques, couvrant la totalité du spectre visible. Grâce à la grande diversité de couleurs générées, ce système a été adapté à un grand nombre de scénarios expérimentaux permettant aussi bien d’imager des cellules vivantes que des organismes multicellulaires, par microscopie de fluorescence traditionnelle et de super-résolution. Finalement, dans le but d’adapter pFAST à la manipulation de systèmes biologiques, nous avons conçu des systèmes chémogénétiques photosensibilisateurs pouvant être utilisés pour manipuler de façon ingénieuse les organismes vivants. De tels photosensibilisateurs sont connus pour générer des espèces réactives de l’oxygène (ROS) permettant d’induire par action de la lumière un grand nombre d’événements biologiques au sein de la cellule.

Fluorescent probes are undoubtedly powerful tools for the study of living organisms. Here, we present the design of a hybrid chemogenetic reporter based on the FAST (Fluorescence-Activating and absorption Shifting Tag) system. We applied a coordinated molecular and protein engineering strategy to develop a small protein tag, pFAST, with suitable properties for an entire collection of fluorogenic chromophores, spanning the entire visible spectrum. The ability to adapt the fluorescence of a single tag by choosing a different live-cell compatible fluorogenic chromophore provides a large experimental versatility, allowing to image live cells and multicellular organisms using both conventional and super-resolution microscopy. Finally, we tailored pFAST for the manipulation of biological systems by the design of chemogenetic photosensitizers. Such photosensitizers are known to generate reactive oxygen species (ROS) which induce various biological processes in live cells upon light illumination.