Thèse Mécanismes du Photoblanchiment des Protéines Fluorescentes et Ingénierie de Biosenseurs Photostables H/F - Université Paris-Saclay GS Chimie

Établissement : Université Paris-Saclay GS Chimie
École doctorale : Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes
Laboratoire de recherche : Institut de Chimie Physique
Direction de la thèse : Marie ERARD ORCID 000000024063365X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-30T23:59:59

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.

Les protéines fluorescentes (FPs) sont constituées d'une structure en tonneau beta qui protège un chromophore porté par l'hélice centrale. Malgré la grande diversité de FPs disponibles, peu sont compatibles avec des techniques de microscopie de fluorescence nécessitant de fortes puissances d'excitation comme la nanoscopie STED. De plus, les photoproduits induits par l'exposition à la lumière peuvent entraîner des modifications plus subtiles qu'une simple perte du signal de fluorescence, tels que des décalages spectraux ou des modifications de la durée de vie de fluorescence. Enfin, il a été montré que la nature des photoproduits peut dépendre du mode d'illumination et de paramètres physico-chimiques comme la puissance de la lumière incidente, la séquence temporelle de cette lumière, la présence d'oxygène, etc. Aujourd'hui, les mécanismes sous-jacents au photoblanchiment sont mal connus et leur compréhension nécessite la mise en oeuvre simultanée de nombreuses techniques physico-chimiques complémentaires.

Dans ce contexte, nous avons récemment développé un dispositif expérimental qui permet de contrôler les différents paramètres de l'irradiation et d'analyser les propriétés spectroscopiques des photoproduits. Ce dispositif sera adapté pour différents types de protéines fluorescentes purifiées ou exprimées en milieu cellulaire. Ces analyses en spectroscopie pourront être combinées à de la spectrométrie de masse pour identifier les facteurs moléculaires à l'origine du photoblanchiment et proposer des variants améliorés. Les meilleurs variants serviront de base au développement de biosenseurs codés génétiquement.

Ce projet vise à caractériser entièrement les conséquences du photoblanchiment au niveau moléculaire sur les protéines fluorescentes, aussi bien in vitro que dans les cellules vivantes, et à proposer une stratégie pour améliorer leur photostabilité. Dans une seconde étape, les meilleurs variants seront utilisés pour développer des biosenseurs codés génétiquement.

Une bonne formation en chimie physique (spectroscopie, spectrométrie de masse) est requise. Quelques connaissances en biochimie seront également nécessaires. Une initiation à la biologie cellulaire ou à la biologie moléculaire sera appréciée.
Les étudiants issus d'un master de chimie-physique, biophysique ou biochimie peuvent candidater. Le projet pourra être adapté finement en fonction des compétences du candidat retenu.