Explorer les processus métaboliques de glycosylation et de lignification grâce à la chimie bioorthogonale

Abstract

L'avènement de la chimie click et de la chimie bioorthogonale au cours des vingt dernières années a profondément transformé le travail à l’interface entre la chimie et la biologie. En particulier, la stratégie du rapporteur chimique a ouvert la voie à l’étude dynamique de modifications post-traductionnelles et de transformations métaboliques qui étaient jusque-là inaccessibles in situ.

Depuis mon arrivée à l’UGSF en 2014, mes travaux consistent à développer un axe de recherche en chemical biology focalisé sur les marquages métaboliques par chimie bioorthogonale et leur observation par microscopie de fluorescence. Cette branche nouvelle de la chimie implique la mise en œuvre de réactions permettant de lier un fluorophore à un rapporteur chimique analogue d’un métabolite d’intérêt, préalablement incorporé dans un organisme vivant. Ces réactions de bioconjugaison in vivo ou ex vivo doivent être assez efficaces pour aboutir à une sensibilité de détection suffisante, et assez sélectives pour ne pas interférer ou perturber les processus biochimiques ou les structures du vivant. Dans ce contexte, le développement d’outils chimiques « clickables » et de méthodologies de marquage sont au centre de mes activités de recherche. Dans un premier temps, je présenterai les développements visant à étudier les processus de glycosylation, et en particulier de sialylation (un type de glycosylation particulier dont le rôle est crucial dans les phénomènes de reconnaissance cellulaires ou moléculaires dans divers contextes physiologiques et pathologiques). Ces travaux sont menés dans des modèles cellulaires humains et bactériens.

Le développement d’une méthodologie de marquage multiplexé de la lignine, un polymère polyphénolique présent dans les parois cellulaires végétales, sera également rapporté. Cette méthode innovante et disruptive permet de détecter les zones de actives de lignification et de différencier la lignine produite à un instant t de la lignine préexistante chez les plantes (contrairement aux méthodes constituant l’état de l’art). Elle s’applique aussi bien à l’échelle tissulaire qu’à l’échelle de la cellule unique, ouvrant ainsi la voie à des études dynamiques visant à établir l’influence de facteurs externes (e.g., stress chimique ou bactériologique, blessures, sécheresse) ou internes (e.g., stades de développement, type cellulaire, mutations) sur la production de lignine et sur la composition de la lignine biosynthétisée. Dans le contexte environnemental actuel, comprendre les facteurs qui régulent la lignification est un enjeu majeur dans la valorisation de la biomasse.

Enfin, je présenterai également les développements de sondes moléculaires « clickables », complexes d’iridium(III). Ces luminophores versatiles permettent la détection des biomolécules d’intérêt dans les stratégies précitées avec des techniques avancées telle la microscopie de phosphorescence en temps de vie ou la nanoimagerie en fluorescence des rayons X basée sur rayonnement synchrotron, ouvrant la voie sur les projets futurs de l’équipe.