Projet ANR-15-CE18-0018 – EVIDENCE : Detection  ex et in-vivo de neurotransmetteurs par des capsules fluorescentes
Programme : Etude des systèmes biologiques, de leur dynamique, des interactions et inter-conversions au niveau moléculaire (DS0401) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Madame ISABELLE GOSSE (Institut des sciences Moléculaires)
Montant : 390873.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : Le nombre de personnes atteintes de maladies neurodégénératives augmente avec la durée d'espérance de vie. Parmi les phénomènes biologiques impliqués, une déficience ou un déséquilibre en neurotransmetteurs au niveau du système nerveux central, a été proposé. En particulier, une altération de la transmission nerveuse serait responsable de certains symptômes rencontrés dans les pathologies cérébrales et neuromusculaires. Cependant, les mécanismes responsables de ces disfonctionnements restent mal compris, en partie à cause du manque d'outils efficaces pour suivre, dans l'espace et en temps réel, les neurotransmetteurs dans les tissus fonctionnels. En conséquence, développer de tels outils est un défi sociétal d'envergure. Parmi le grand nombre de neurotransmetteurs existant, nous avons décidé de nous focaliser principalement sur l'acétylcholine (ACh), les catécholamines, la sérotonine et les neurotransmetteurs zwitterioniques (acide gamma-aminobutyrique, glycine et taurine).
La fluorescence est un outil de choix pour l'imagerie et nous nous proposons d'élaborer des sondes fluorescentes (molécules interagissant de façon sélective avec les neurotransmetteurs ciblés et dont l’émission de fluorescence varie sous l’effet de l’interaction). Elles doivent être biocompatibles et, pour limiter la dégradation des tissus biologiques lors de l'imagerie, excitables par absorption biphotonique.
Lors de travaux antérieurs réalisés à Bordeaux (ISM-UMR 5525), plusieurs sondes dérivées de cyclotrivératrylènes (CTVs), rendues fluorescentes par transfert de charge entre des groupements donneurs et accepteurs d'électrons et capables de reconnaitre efficacement l'ACh et la dopamine, en milieu physiologique ont été élaborées. Par extension de la conjugaison entre le donneur et l'accepteur, des CTVs possédant une cavité plus hydrophobe et excitables par absorption simultanée de deux photons ont été obtenus. Certaines de ces sondes sont capables de discriminer les neurotransmetteurs, notamment l’ACh de son précurseur et métabolite, la choline.  Des études de modélisation moléculaire, en boite d’eau, effectuées par les théoriciens de Pau (IPREM-UMR 5254), ont permis de mettre en exergue certaines des interactions ayant lieu entre la sonde et l’ACh (ou la choline). Des expériences de dynamique moléculaires ont permis de confirmer et d’expliquer la sélectivité observée expérimentalement. 
Les sondes que nous avons développées répondent aux principaux critères nécessaires à l'imagerie de neurotransmetteurs ex vivo, leur affinité nécessite tout de même d’être améliorée. Afin de surmonter cette difficulté, nous proposons de nous orienter vers des capsules supramoléculaires composées d'un ou deux CTVs (hémicryptophanes ou cryptophanes) et excitables par absorption à deux photons. Ces molécules dans une version non fluorescentes sont bien connues des chimistes de Centrale Marseille (UMR 7313) qui ont déjà élaboré de tels outils et étudier leur capacité de reconnaissance par RMN. Si les CTVs et les cryptophanes reconnaissent préférentiellement l'acétylcholine, les hémicryptophanes de type TREN ont une meilleure affinité pour les catécholamines. Les hémicryptophanes triamides sont quant à eux connus pour complexer les espèces zwitterioniques. Ces structures ne sont pas fluorescentes et grâce à l'expérience sur le design des sondes que nous avons acquise lors de travaux préliminaires sur les CTVs, nous allons greffer, sur ces capsules, des groupements choisis pour leurs propriétés spectroscopiques. Grace à la collaboration avec l'équipe de théoriciens de Pau (IPREM- UMR 5254), nous allons pouvoir sélectionner les structures des (hémi)cryptophanes les plus prometteuses et mieux comprendre les interactions sondes-neurotransmetteurs lors de la complexation. Les sondes les plus efficaces in vitro, seront utilisées pour visualiser la localisation et la diffusion des neurotransmetteurs ex-vivo dans des tissus vivants, par l'équipe des biologistes (IMN-UMR 5293).