Thèse Compréhension et Modulation des Propriétés Cellulaires des Ligands de G-Quadruplex H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : BSB - Biologie, Santé, Biotechnologies
Laboratoire de recherche : IPBS - Institut de Pharmacologie et Biologie Structurale
Direction de la thèse : Dennis GOMEZ ORCID 0000000199421451
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-29T23:59:59

Présentation du projet
Les G-quadruplexes (G4) sont des structures secondaires non canoniques de l'ADN, formées à partir de séquences riches en guanines, qui peuvent être reconnues de manière spécifique par des petites molécules appelées ligands de G4. Bien que de nombreux ligands présentent des affinités de liaison et des sélectivités comparables envers les structures G4 in vitro, ils exhibent souvent des effets biologiques très différents en contexte cellulaire, notamment en termes de cytotoxicité.
Cette diversité d'activités biologiques confère aux ligands de G4 un fort potentiel en tant qu'agents thérapeutiques. Toutefois, leur développement clinique reste limité par une compréhension encore incomplète des déterminants moléculaires à l'origine de leurs effets cellulaires et de leurs toxicités.
Des travaux récents ont montré que la cytotoxicité de certains ligands G4 est médiée par l'empoisonnement de la topoisomérase II (TOP2A), tandis que d'autres composés présentent des mécanismes distincts, soulignant l'importance de la structure chimique.

Objectifs
L'objectif central de ce projet de doctorat est d'établir un cadre mécanistique complet reliant la structure chimique des ligands G4 à leurs activités cellulaires. Plus précisément, le projet vise à :
-Classer des ligands G4 représentatifs en fonction de leurs phénotypes cellulairer
-Élucider, aux niveaux moléculaire et structural, pourquoi certains ligands empoisonnent TOP2A alors que d'autres ne le font pas
-Identifier des mécanismes alternatifs responsables de la cytotoxicité des ligands ne ciblant pas TOP2A
-Démontrer que les propriétés biologiques des ligands G4 peuvent être modulées de manière rationnelle par le design chimique

Stratégie de recherche
Ce projet interdisciplinaire repose sur la complémentarité de trois équipes :
-Approches de biologie cellulaire et de génomique fonctionnelle (IPBS, Toulouse)
-Analyses biochimiques et structurales, incluant la cryo-microscopie électronique (IGBMC, Strasbourg)
-Synthèse chimique et caractérisation biophysique des ligands de G4 (ICMUB, Dijon)

Axes de travail
1. Profilage fonctionnel systématique
Un panel de ligands G4 de référence sera analysé de manière comparative afin d'établir une classification fonctionnelle fondée sur la cytotoxicité, l'induction de cassures double-brin de l'ADN, la capacité à empoisonner TOP2A, ainsi que les effets transcriptionnels.

2. Dissection mécanistique de la cytotoxicité
Pour les ligands n'agissant pas via l'empoisonnement de TOP2A, des approches de séquençage à haut débit (RNA-seq) seront mises en oeuvre afin d'identifier les déterminants génétiques et les voies responsables de leurs effets cytotoxiques.
3. Bases structurales de l'empoisonnement de TOP2A
Les mécanismes moléculaires sous-jacents à l'empoisonnement de TOP2A seront étudiés à l'aide d'analyses mutationnelles (incluant le séquençage long-read), en complément d'approches biochimiques et structurales à haute résolution.

S'appuyant sur ces résultats, de nouveaux ligands G4 seront conçus et synthétisés de manière rationnelle afin de valider la possibilité de contrôler leurs propriétés biologiques. Des paires de ligands fonctionnalisés (empoisonnant TOP2A vs non empoisonnant) seront également développées pour :
-Comparer la localisation subcellulaire à l'aide d'une imagerie super-résolution basée sur la chimie click
-Identifier les partenaires protéiques interactifs via la chimio-protéomique
-Ces approches permettront d'obtenir une compréhension intégrée de la manière dont des caractéristiques chimiques spécifiques se traduisent par des réponses cellulaires distinctes.

Les recherches sur les structures G4 se placent dans un contexte international actif et compétitif qui vise à mieux comprendre le rôle de ces structures sur le devenir cellulaire et la progression tumorale. Un aspect majeur de ces recherches et l'utilisation de ces structures comme cibles pharmacologiques pour la lutte contre le cancer, mais aussi comme agents anti-infectieux.
Les deux encadrants de la thèse ont participé activement à une meilleure compréhension de leur rôle et ont permis d'élucider des rôles clés de ces structures au niveau cellulaire.

L'objectif central de ce projet de doctorat est d'établir un cadre mécanistique complet reliant la structure chimique des ligands G4 à leurs activités cellulaires. Plus précisément, le projet vise à :
-Classer des ligands G4 représentatifs en fonction de leurs phénotypes cellulairer
-Élucider, aux niveaux moléculaire et structural, pourquoi certains ligands empoisonnent TOP2A alors que d'autres ne le font pas
-Identifier des mécanismes alternatifs responsables de la cytotoxicité des ligands ne ciblant pas TOP2A
-Démontrer que les propriétés biologiques des ligands G4 peuvent être modulées de manière rationnelle par le design chimique

- Imagerie à haute et super-résolution (par exemple, 3D-SIM)
- Imagerie basée sur la chimie click
- Édition du génome (CRISPR/Cas9, édition de bases)
- Interférence ARN (siRNA)
- Cytométrie en flux
- Séquençage de l'ARN (RNA-seq)
- Analyse de la dynamique de réplication de l'ADN et de la transcription
- Isolement de lignées cellulaires résistantes

Connaissances spécifiques sur les différentes voies de réparation de l'ADN et des structures secondaires de l'ADN. Compétences en culture cellulaire, imagerie, biologie moléculaire (clonage et CRISPR/Cas9) et western-blot.
Specific knowledge on DNA repair mechanisms and secondary DNA structures. Skills in tissue culture, imaging, molecular biology (cloning, CRISPR/Cas9, ChIP) and western-blot.