Généraliser et améliorer l’usage de systèmes rapporteurs bioluminescents

Généraliser et améliorer l’usage de systèmes rapporteurs bioluminescents

Un de nos projets de recherche porte sur l’étude des systèmes rapporteurs bioluminescents constitués d’une paire luciférine/luciférase. Comme décrit ci-dessous, la cœlentérazine est le substrat d’une grande variété de luciférases d’origine marine et sa décarboxylation oxydative conduit à la production de cœlentéramide et d’un photon bleu, la couleur la plus visible sous les mers. Nos travaux précédents ont conduits à la mise au point d’un procédé de synthèse de luciférines O-acétylées améliorées telles que les hikarazines-103 et 108. Leur disponibilité a été un des facteurs clés dans la mise au point de tests LuLISA (Luciferase-Linked ImmunoSorbent Assays) qui ont par exemple été très utiles pour établir la cartographie de l’épidémie de COVID-19 en France. Afin d’approfondir nos connaissances sur la production de photons par ces systèmes, nous avons également élaboré et préparé l’azacoelentérazine, une sonde non oxydable utile pour des études structurales des luciférases utilisant la cœlentérazine. Cette sonde a conduit à des collaborations internationales très fructueuses avec des laboratoires basés au Japon, en République tchèque ainsi qu’au Danemark.

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Nos recherches dans le domaine se poursuivent notamment pour comprendre et identifier les multiples paramètres structuraux permettant d’améliorer non seulement les luciférines mais aussi les luciférases correspondantes. Ainsi, en collaboration avec des groupes de recherches sur toute la planète nous travaillons à l’élaboration et la synthèse d’analogue de luciférines ou de sondes, de structures très proches, spécifiquement adaptées à leurs recherches.

Enfin, nous avons initié un projet visant à identifier et cloner la luciférase de la méduse Periphylla periphylla. Cette luciférase est très lumineuse et elle utilise également de la cœlentérazine. Elle a été originalement étudiée par Osamu Shimomura mais elle demeure un challenge difficile même pour les outils modernes de la biologie.

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Takatsu, K.; Kobayashi, N.; Wu, N.; Janin, Y.L.; Yamazaki, T.; Kuroda, Y., Biophysical analysis of Gaussia Luciferase bioluminescence mechanisms using a non-oxidizable coelenterazine. Biochim. Biophys. Acta Proteins Proteom. 2023, 3, 100068.

Schenkmayerova, A.; Toul, M.; Pluskal, D.; Baatallah, R.; Gagnot, G.; Pinto, G. P.; Santana, V. T.; Stuchla, M.; Neugebauer, P.; Chaiyen, P.; Damborsky, J.; Bednar, D.; Janin, Y.L.; Prokop, Z.; Marek, M., Catalytic mechanism for Renilla-type bioluminescence. Nat. Catal. 2023, 6, 23-38.

Coutant, E.P.; Gagnot, G.; Hervin, V.O.; Baatallah, R.; Goyard, S.; Jacob, Y.; Rose, T.; Janin, Y.L., Bioluminescence Profiling of NanoKAZ/NanoLuc Luciferase Using a Chemical Library of Coelenterazine Analogues. Chem. Eur. J. 2020, 26, 948-958.

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