Thèse soutenue

Ever smarter molecular tools for studying alternative nucleic acid strutcures in human cell

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Auteur / Autrice : Francesco Rota Sperti
Direction : David MonchaudIbai Valvarde
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie
Date : Soutenance le 20/10/2022
Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
Laboratoire : Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne (ICMUB) (Dijon)
Jury : Président / Présidente : Franck Denat
Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Boschetti
Rapporteur / Rapporteuse : Filippo Doria, Daniela Verga

Mots clés

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Résumé

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Les quadruplexes d’ADN et d’ARN, ou G-quadruplexes (ou G4s), sont des structures secondaires d’acides nucléiques qui se forment au sein de séquences riches en guanines (Gs) de notre génome et transcriptome. Les rôles biologiques des G4s sont actuellement au cœur d’un engouement scientifique intense, mais ils ne sont pas encore compris avec exactitude. Pour gagner des informations précieuses quant à ces rôles, l’utilisation des petites molécules (ou ligands) est cruciale car elle permet d’étudier la biologie des G4s en milieu cellulaire. Notre recherche s’inscrit dans cette dynamique et tend à développer une classe d’outils originaux appelés TASQ (pour template-assembled synthetic G-quartets). Les TASQs sont composés de quatre Gs assemblées autour d’un gabarit (template) central, qui peuvent donc former un G-quartet intramoléculaire. Ce faisant, les TASQs interagissent avec les G4s selon un processus bioinspiré, reposant sur la forte interaction entre deux G-quartets, l’un synthétique (TASQ) et l’autre natif (G4). Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons développé une série de nouveaux TASQs, répondant à des besoins chémobiologiques précis.Nous avons tout d’abord amélioré la synthèse du BioTASQ, une des molécules phare de notre laboratoire, utilisée comme hameçon moléculaire pour l’isolation et l’identification des G4s in vitro et in vivo. Nous avons ensuite développé des dérivés plus facile d’accès et plus performants, les BioCyTASQ et BioTriazoTASQ. Grâce à ses propriétés de reconnaissance de G4s optimisées, le BioCyTASQ est devenu la molécule de choix pour nos études. Le BioTriazoTASQ, assemblé par chimie click a, quant à lui, montré une affinité particulière pour les G4s d’ARN, qui méritera d’être exploitée plus avant. Nous avons ensuite développé des outils plus versatiles, disposant d’une fonction supplémentaire permettant des manipulations bioorthogonales en cellules.Les MultiTASQ et azMultiTASQ sont en effet équipés de chaine alcyne et azide leur permettant d’être fonctionnalisés par chimie click (avec ou sans catalyseur, i.e., CuAAC ou SPAAC) in situ. Cela peut être exploité pour la visualisation de G4s en cellules humaines (in situ click imaging) et leur isolation/identification (click-seq). Un composé encore plus versatile, le photoMultiTASQ, a été synthétisé dans le but de conduire de concert des études génomiques et protéomiques.Nous avons ensuite retravaillé la synthèse d’une sonde fluorescente TASQ nommée N-TASQ, et développé un nouvel analogue, le tzN-TASQ. Cette molécule est plus facilement accessible car son assemblage repose sur la chimie click. A nouveau, ce TASQ assemblé par chimie click a montré une affinité particulière pour les G4s d’ARN, qui méritera également d’être exploitée plus avant. Nous avons aussi conçu puis synthétisé une nouvelle sonde, le Square-TASQ, dont les propriétés photophysiques font d’elles une sonde NIR (near infrared) prometteuse. Nous avons donc, au cours de cette thèse, étendu le portefeuille d’outils TASQs qui permettent de voir, d’isoler et d’identifier les G4s dans un contexte cellulaire, dans le but final de gagner des informations précieuses quant à leur biologie.