Mécanismes du photoblanchiment des protéines fluorescentes et ingénierie de biosenseurs photostables // mechanisms of photobleaching in fluorescent proteins and engineering of photostable biosensors

Topic description

L'imagerie de fluorescence est indispensable pour comprendre le fonctionnement du vivant, tant en situation physiologique que pathologique. Les protéines fluorescentes sont des sondes fluorescentes codées génétiquement très couramment utilisées pour observer les composants cellulaires, leur dynamique et leurs interactions. Les chercheurs disposent de protéines fluorescentes couvrant un large spectre de longueurs d'onde, du bleu au rouge, capables d'absorber et de fluorescer efficacement et présentant une forte brillance. Toutefois, comme tous les fluorophores, les protéines fluorescentes perdent progressivement leur fluorescence sous illumination en raison de réactions multiples et complexes à l'état excité : c'est le photoblanchiment. Ce phénomène constitue une limitation majeure en imagerie de fluorescence car il restreint la résolution spatiale et temporelle en imagerie de fluorescence.
Ce projet vise à étudier les mécanismes du photoblanchiment à l'échelle moléculaire, afin d'identifier les déterminants structuraux et les processus photophysiques impliqués. L'objectif ultime est de proposer de nouvelles protéines fluorescentes plus robustes, capables d'être imagées plus longtemps ou sous des puissances d'illumination plus élevées, et améliorerant ainsi la résolution spatiale et temporelle des images acquises. Cela permettra d'explorer plus finement les phénomènes biologiques à l'échelle nanométrique et/ou sur des durées de plusieurs heures. En particulier, les variants les plus performants seront utilisés pour développer des biosenseurs codés génétiquement, photostables et robustes.
Pour atteindre ces objectifs, ce projet combinera des méthodes de biochimie et d'ingénierie des protéines, des techniques spectroscopiques d'absorption et d'émission de fluorescence, de microscopie de fluorescence ainsi que de spectrométrie de masse.
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Fluorescence imaging is essential for understanding the functioning of living organisms, both in physiological and pathological conditions. Fluorescent proteins are genetically encoded fluorescent probes widely used to observe cellular components, their dynamics, and their interactions. A broad palette of fluorescent proteins is now available, covering a wide range of wavelengths from blue to red, and exhibiting efficient absorption and fluorescence as well as high brightness. However, like all fluorophores, fluorescent proteins gradually lose their fluorescence under illumination due to multiple and complex reactions in the excited state: this is photobleaching. Photobleaching represents a major limitation in fluorescence imaging, as it restricts both the spatial and temporal resolution of fluorescence measurements.
This project aims to investigate the molecular mechanisms of photobleaching in fluorescent protein in order to identify the structural determinants and the photophysical processes involved. The ultimate goal is to design new, more robust fluorescent proteins that can be imaged for extended periods or under higher illumination power, thereby improving the spatial and temporal resolution of acquired images. This will improve the observation of biological phenomena at the nanometer scale and/or over a long exposure time. In particular, the most promising variants will be used to develop genetically encoded photostable, and robust biosensors.
The project will combine approaches from biochemistry and protein engineering with absorption and fluorescence spectroscopy and fluorescence microscopy, as well as mass spectrometry.
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Début de la thèse : 01/10/
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Contrats ED : Programme blanc GS-Chimie