Modélisation de l'influence des conformations sur l'absorption de la biliverdine au sein d'une protéine fluorescente.

Modeling the influence of conformations on the absorption of biliverdin within a fluorescent protein.

• Auteur / Autrice : Alicia Da piedade vieira
• Direction : Isabelle Navizet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MSME - Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi Echelle
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de Chimie Théorique (CT)

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Dynamique Moléculaire

Calculs hybrides (QM/MM)

Ab-initio

Protéines fluorescentes

Etats excités

Modeling

Molecular Dynamics

Hybrid calculations (QM/MM)

Ab-initio

Fluorescent proteins

Excited states

Résumé

L'imagerie de fluorescence est une technique permettant d'observer des organismes ou des cellules exploitant le phénomène de fluorescence. Parmi les protéines les plus connues capables d'émettre de la lumière, la GFP (Green fluorescent protein) a notamment été exploitée pour tracer des cellules cancéreuses. Cependant, pour observer le plus efficacement possible un organisme vivant entier avec de telles méthodes d'imagerie, il est nécessaire de se placer dans des gammes de rayonnements où le tissu est transparent et absorbe peu le rayonnement émis par la protéine. La fenêtre optique idéale est située entre 600 et 950 nm (proche infrarouge et rouge lointain) qui ne correspond pas à celle de la GFP. Les protéines Infrared Fluorescent Proteins (IFP) sont des protéines fluorescentes basées sur le phytochrome bactérien contenant un ligand, la biliverdine. La biliverdine est un tétrapyrrole lié de façon covalente à une des cystéines de la protéine. Les protéines IFP sont optimisées précisément pour s'accorder avec la fenêtre optique idéale de transparence des tissus. La modélisation moléculaire s'avère être un outil numérique de choix pour prédire les structures les plus stables et le spectre d'absorption du système ainsi que comprendre le fonctionnement de ses systèmes afin de l'améliorer. Cette meilleure compréhension permettra de proposer des mutations de la protéine pour former de nouveaux systèmes absorbant dans la fenêtre optique.

Fluorescent imaging is a technique that allows for the observation of organisms or cells by exploting the phenomenon of fluorescence. The most well-known proteins capable of emitting light is GFP (Green Fluorescent Protein) and has notably been used to trace cancer cells. However, to observe an entire living organism as efffectively as possible with such as imaging methods, it is necessary to operate within radiation ranges where the tissue is transparent and absorbs only a small amount of the radiation emitted by the protein. The ideal optical window is located between 600 and 950 nm (near infrared and far-red), which does not correspond to that of GFP. Infrared Fluorescent Proteins (IFP) are fluorescent proteins based on bacterial phytochrome contraining a ligand, biliverdin. Biliverdin is a tetrapyrrole covalently bound to one of the protein's cystein. IFPs are precisely optimized to match the ideal optical transparency window of tissues. Molecular modeling proves to be a valuable tool for predicting the most stable structures and the absorption spectrum of the system, as well as understanding the functioning of these systems to improve them. This better understanding will allow proposing mutations of the protein to form new systems that absorb within the optical window.