Faits marquants scientifiques 2013

29 novembre 2013

Le transport et la distribution de médicaments dans l’organisme sont des mécanismes complexes régis par de nombreux processus différents. Un rôle important est joué par les protéines de transport, responsables de la fixation et la libération des médicaments. Améliorer la compréhension des facteurs qui contrôlent la structure et la dynamique de complexes médicament-protéine est aujourd’hui devenu un enjeu majeur.

Nous rapportons ici une étude récente [1] de l'interaction entre le flurbiprofène (FBP), un médicament anti-inflammatoire non-stéroïdien chiral, et l'albumine sérique humaine (HSA).

HSA est la protéine de transport la plus abondante dans le sang. Elle contient un tryptophane (Trp), acide aminé qui absorbe et émet dans l'UV comme le FBP. Ce tryptophane peut également interagir avec FBP après la photo-excitation via transfert d’énergie ou d’électron.

Compte tenu de la complexité du système FBP-HSA, deux dyades modèles (dénommées (S,S) et (R,S)), formées par le (S)- ou le (R)-FBP et le (S)-TrpMe (l’ester méthylique) liés de manière covalente, ont été synthétisées pour l'étude des processus primaires impliqués dans l'interaction FBP-Trp.

Pour étudier la dynamique de cette interaction, nous avons utilisé une combinaison de deux techniques de fluorescence résolue en temps; la génération de somme des fréquences, avec une résolution temporelle de ~100 femtosecondes, et le comptage du photon unique, avec une résolution temporelle de ~25 ps. En particulier, l’évolution temporelle de la fluorescence aux temps courts informe sur les interactions hors équilibre qui se produisent entre le médicament photo-excité et la protéine, ce qui peut apporter des informations précieuses sur la dynamique structurelle de l'ensemble.

Des mesures de spectroscopie stationnaire sur les dyades ont mis en évidence une inhibition important de fluorescence (> 90%) et que la faible émission résiduelle est due au résidu TrpMe. Cela a été pris comme une indication d’un transfert d'énergie FBP -> TrpMe. Une nouvelle bande, déplacée vers le rouge, (centré à 450 nm), a également été observée et attribuée à une émission de type « exciplex ».

Nos mesures de fluorescence résolue en temps (Figure 1) montrent que les déclins de fluorescence des dyades sont beaucoup plus rapides que ceux de du FBP ou TrpMe seuls, à la fois à 310 nm (maximum de fluorescence du FBP) et 340 nm (maximum de fluorescence du Trp). Ces résultats sont conformes à une inhibition dynamique très rapide de la fluorescence. Nous avons également pu mettre en évidence une stéréo-sélectivité importante; l‘émission de la dyade (R,S) décline plus rapide que celle de la dyade (S,S). Il est important de noter qu'aucune montée de la fluorescence à 340 nm (TrpMe) n’a pu être observée, ce qui ne permet pas de valider l'idée d’un transfert d'énergie.

29 novembre 2013

Le transport et la distribution de médicaments dans l’organisme sont des mécanismes complexes régis par de nombreux processus différents. Un rôle important est joué par les protéines de transport, responsables de la fixation et la libération des médicaments. Améliorer la compréhension des facteurs qui contrôlent la structure et la dynamique de complexes médicament-protéine est aujourd’hui devenu un enjeu majeur.

Nous rapportons ici une étude récente [1] de l'interaction entre le flurbiprofène (FBP), un médicament anti-inflammatoire non-stéroïdien chiral, et l'albumine sérique humaine (HSA).

HSA est la protéine de transport la plus abondante dans le sang. Elle contient un tryptophane (Trp), acide aminé qui absorbe et émet dans l'UV comme le FBP. Ce tryptophane peut également interagir avec FBP après la photo-excitation via transfert d’énergie ou d’électron.

Compte tenu de la complexité du système FBP-HSA, deux dyades modèles (dénommées (S,S) et (R,S)), formées par le (S)- ou le (R)-FBP et le (S)-TrpMe (l’ester méthylique) liés de manière covalente, ont été synthétisées pour l'étude des processus primaires impliqués dans l'interaction FBP-Trp.

Pour étudier la dynamique de cette interaction, nous avons utilisé une combinaison de deux techniques de fluorescence résolue en temps; la génération de somme des fréquences, avec une résolution temporelle de ~100 femtosecondes, et le comptage du photon unique, avec une résolution temporelle de ~25 ps. En particulier, l’évolution temporelle de la fluorescence aux temps courts informe sur les interactions hors équilibre qui se produisent entre le médicament photo-excité et la protéine, ce qui peut apporter des informations précieuses sur la dynamique structurelle de l'ensemble.

Des mesures de spectroscopie stationnaire sur les dyades ont mis en évidence une inhibition important de fluorescence (> 90%) et que la faible émission résiduelle est due au résidu TrpMe. Cela a été pris comme une indication d’un transfert d'énergie FBP -> TrpMe. Une nouvelle bande, déplacée vers le rouge, (centré à 450 nm), a également été observée et attribuée à une émission de type « exciplex ».

Nos mesures de fluorescence résolue en temps (Figure 1) montrent que les déclins de fluorescence des dyades sont beaucoup plus rapides que ceux de du FBP ou TrpMe seuls, à la fois à 310 nm (maximum de fluorescence du FBP) et 340 nm (maximum de fluorescence du Trp). Ces résultats sont conformes à une inhibition dynamique très rapide de la fluorescence. Nous avons également pu mettre en évidence une stéréo-sélectivité importante; l‘émission de la dyade (R,S) décline plus rapide que celle de la dyade (S,S). Il est important de noter qu'aucune montée de la fluorescence à 340 nm (TrpMe) n’a pu être observée, ce qui ne permet pas de valider l'idée d’un transfert d'énergie.

21 mars 2013

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides,  offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibra tion, évitant ainsi les réactions photochimiques. L’absorption des protéines dans le domaine des proches UV est principalement due à la présence de systèmes aromatiques provenant des acides aminés phénylalanine, tyrosine et tryptophane.

La photophysique de ces chromophores UV dépend généralement de leur environnement proche, et donc de la conformation locale de la protéine. Une connaissance des phénomènes photophysiques mis en jeu lors de la relaxation électronique peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de petits peptides modèles mimant des fragments de protéines.  Une collaboration entre l’équipe SBM du Laboratoire Francis Perrin (CEA –CNRS URA2453), une équipe théorique de l’Institut Ruđer Bošković (Zagreb, Croatie - Projet HC-COGITO) et deux expérimentateurs du CLUPS (Paris Sud, Orsay) a permis de caractériser les états excités des conformères stables d’un peptide modèle et d’établir la nature des mécanismes de relaxation non radiative.1

14 octobre 2013

L'interaction d'une impulsion laser intense avec une surface solide fait violemment osciller le cortège électronique, entrainant l'émission de protons. C'est une méthode pour obtenir une source de protons de haute énergie pour de nombreuses applications (imagerie et proton thérapie par exemple).

Deux équipes de l’IRAMIS appartenant au SPAM (Physique à Haute Intensité) et au LSI (Interaction Laser-Solide) ont montré, pour la première fois, qu’à l'aide de surfaces structurées, il est possible de renforcer l’efficacité du couplage avec le faisceau laser, via l’excitation résonante d’ondes de surface en régime relativiste, et d'obtenir ainsi des protons de plus haute énergie. La démonstration expérimentale de ce mécanisme original ouvre une voie pour améliorer la production par laser de faisceaux de particules énergétiques.

21 mars 2013

De nombreux systèmes moléculaires complexes absorbent la lumière dans l’UV, certains d’extrême importance pour la biologie, comme les bases de l’ADN ou les protéines. Les états excités peuplés par l’absorption UV bénéficient de mécanismes de désactivation d’importance majeure pour la photostabilité de ces espèces. Ces processus, souvent ultrarapides,  offrent un moyen rapide et efficace de dissiper l’excitation électronique sous forme de vibra tion, évitant ainsi les réactions photochimiques. L’absorption des protéines dans le domaine des proches UV est principalement due à la présence de systèmes aromatiques provenant des acides aminés phénylalanine, tyrosine et tryptophane.

La photophysique de ces chromophores UV dépend généralement de leur environnement proche, et donc de la conformation locale de la protéine. Une connaissance des phénomènes photophysiques mis en jeu lors de la relaxation électronique peut être approfondie à travers l’étude en phase gazeuse de petits peptides modèles mimant des fragments de protéines.  Une collaboration entre l’équipe SBM du Laboratoire Francis Perrin (CEA –CNRS URA2453), une équipe théorique de l’Institut Ruđer Bošković (Zagreb, Croatie - Projet HC-COGITO) et deux expérimentateurs du CLUPS (Paris Sud, Orsay) a permis de caractériser les états excités des conformères stables d’un peptide modèle et d’établir la nature des mécanismes de relaxation non radiative.1



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