Design and synthesis of two-photon excitable fluorogenic probes for bioorthogonal chemistry

Abstract

Pour mieux comprendre le vivant, la modification des protéines est devenue un outil précieux, notamment afin de sonder leur activité et de la moduler. Dans cette démarche, la chimie bioorthogonale, c’est-à-dire le développement de réactions compatibles avec les milieux biologiques, est actuellement en plein essor. Par ailleurs, les sondes fluorescentes constituent un outil précieux pour sonder le vivant. Un processus élégant consiste ainsi à utiliser une sonde fluorescente qui s’allume uniquement lorsque la réaction a eu lieu, elle est alors qualifiée de fluorogénique. Dans le but de limiter la dégradation des tissus et d’avoir une meilleure pénétration du rayonnement dans ces derniers, il est primordial d’utiliser des fluorophores excitables et qui émettent dans le proche IR. Pour atteindre un tel objectif, il est possible de concevoir des sondes qui peuvent absorber simultanément deux photons. Elles peuvent ainsi être excitées avec un rayonnement d’énergie environ deux fois moindre que lors d’une excitation à un photon. La première partie de cette thèse est ainsi consacrée au développement de sondes aux propriétés photophysiques et physico-chimiques optimisées pour la microscopie biphotonique en cellules vivantes. Le fluorophore le plus prometteur a ensuite été utilisé dans la seconde partie afin de concevoir une sonde fluorogénique excitable à deux photons pour la chimie bioorthogonale.The emergence of bioorthogonal chemistry, that is the development of reactions which do not interfere with biological processes, enables to better understand living organisms. In fact, thanks to biocompatible reactions, protein modification allows to probe and modulate their activity. In this context, fluorescent probes are widely used to label and track biomolecules in their native environment. A smart process consists in using a fluorogenic probe, that becomes fluorescent only once it has reacted with its biological target. In addition, studies in living organisms requires probes which absorb and emit in the NIR window where the absorption and diffusion of light by biological samples are minimized. To achieve this goal, it is possible to design probes that can absorb simultaneously two photons. As consequence, they can be excited with about half the energy of single-photon excitation. The first part of this thesis is thus devoted to the development of probes with optimised photophysical and physicochemical properties for biphoton microscopy in living cells. The most promising fluorophore was then used in the second part to design a two-photon excitable fluorogenic probe for bioorthogonal chemistry