Catégorie d'actualités : Publications marquantes

Des couronnes lumineuses pour voir au cœur du vivant

Les membres de l'équipe "Composés luminescents de lanthanides, spectroscopie et bioimagerie optique" travaillent depuis de nombreuses années à la conception et à la synthèse de complexes supramoléculaires à base de lanthanides émettant dans le proche infrarouge, fonctionnant comme agents d’imagerie optique pour l’expérimentation en biologie et le diagnostic médical. Ils ont conçu des complexes de type métallacouronnes contenant des lanthanides qui se sont révélés être des candidats très prometteurs en raison de leurs très grandes brillances. Cependant, jusqu’à présent, une limitation importante perdurait avec ces métallacouronnes en raison de leurs longueurs d’onde d’excitation qui étaient limitées à la partie ultraviolette du spectre électromagnétique. Ces longueurs d’onde posent problème pour l’imagerie biologique car elles peuvent fortement perturber ou endommager le système biologique observé. Ils ont résolu cette limitation majeure en concevant et synthétisant une nouvelle famille de métallacouronnes qui possèdent des sensibilisateurs de lanthanides qui sont excitables dans la gamme visible du spectre électromagnétique. La structure de ces métallacouronnes est innovante : les sensibilisateurs y sont fixés en périphérie. Grâce à cette approche, les chercheurs ont pu, pour la première fois, utiliser un métallacouronne pour marquer des cellules vivantes et  les imager par microscopie proche-infrarouge. Ce travail ouvre des perspectives majeures quant à l’utilisation de complexes moléculaires à base de lanthanides pour l’imagerie proche infrarouge in vitro et in vivo.

Cette innovation majeure a été signalée par CNRS Chimie sur son site.

Légende : Image de luminescence proche-infrarouge en superposition de l’image observées en lumière blanches obtenues sur des cellules HeLa vivantes dans lesquelles les métallacouronnes-lanthanides, dont la structure apparaît en incrustation, ont été incubés.

Références de l'article :
Novel lanthanide( III)/gallium( III) metallacrowns with appended visible-absorbing organic sensitizers for
molecular near-infrared imaging of living cells
Timothée Lathion, Julie Bourseguin, Svetlana V. Eliseeva, Matthias Zeller, Stéphane Petoud, Vincent L. Pecoraro
Chemical Science, 2025, 16, 12623. https://doi-org.insb.bib.cnrs.fr/10.1039/D5SC01320H

Évaluation d’ARNm synthétique avec des séquences UTR sélectionnées et une queue Poly(A) alternative, in vitro et in vivo

L'ARN messager (ARNm) s’est imposé comme une nouvelle technologie prometteuse dans le domaine des médicaments. L’efficacité de la technologie ARNm dépend à la fois de l'efficacité de la délivrance de l'ARNm et de sa traduction. Les régions non traduites (UTR) et la queue poly(A) jouent un rôle crucial dans la régulation de la cinétique intracellulaire de l’ARNm. Dans le but d'améliorer le potentiel thérapeutique de l’ARNm synthétique, nous avons évalué différentes UTRs et queues, en utilisant les séquences du vaccin contre la COVID-19 de Pfizer-BioNTech comme référence.

Les chercheurs du CBM ont d’abord testé six 5’ UTRs (dépendantes/indépendantes de la coiffe), évalué neuf combinaisons de 5’ UTRs et 3’ UTRs, ainsi qu’une nouvelle queue hétérologue A/G dans des modèles cellulaires et in vivo en utilisant la luciférase comme gène rapporteur. Ensuite, pour décrypter le mécanisme de traduction des UTRs sélectionnées, ils ont corrélé l’expression de l’ARNm avec l’interaction avec les ribosomes, la demi-vie des ARNm, leur immunogénicité et la structure des UTRs.

Leurs résultats ont montré que la queue hétérologue qu'ils ont introduite est aussi puissante que celle utilisée par Pfizer-BioNTech, et ils ont confirmé la forte efficacité de la 5’ UTR de l’alpha-globine humaine. Ils ont également révélé le potentiel des 3’ UTRs de VP6 et SOD. Ils ont validé leurs résultats en utilisant un ARNm codant pour la protéine Spike du SARS-CoV-2 formulé en nanoparticules lipidiques (LNP) pour l’immunisation de souris. Dans l’ensemble, les 3’ UTRs sélectionnées et la queue hétérologue A/G présentent un fort potentiel en tant que nouveaux éléments pour la conception d’ARNm thérapeutiques.

Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour les thérapies à ARNm. Si des améliorations restent à apporter pour atteindre une expression supérieure aux stratégies existantes, cette stratégie contribue à améliorer les thérapies ARNm.

Ces résultats sont liés à un brevet

Référence :
Evaluation of synthetic mRNA with selected UTR sequences and alternative Poly(A)  tail, in vitro and in vivo. Medjmedj A, Genon H, Hezili D, Ngalle Loth A, Clemençon R , Guimpied C, Mollet L, Bigot A, Wien F, Hamacek J, Chapat C, Perche F, Molecular Therapy Nucleic Acids 2025.

Une équipe du CBM a mis au point un agent de contraste capable de révéler le stress oxydatif dans les tissus vivants

L'équipe "Complexes métalliques et IRM", en collaboration avec une équipe hongroise, a mis au point un agent de contraste basé sur un composé de fer associé à un ligand fluoré. Il rend possible la cartographie du stress oxydatif dans les tissus vivants, un marqueur de nombreuses pathologies. Ce détecteur moléculaire, encore à l’étape préclinique, pourrait enrichir considérablement la trousse à outils de l’imagerie médicale de demain.

Cette avancée majeure est parue dans la revue JACS
Relaxation-Based In Vivo Discrimination of Oxidized and Reduced States of a Redox-Switchable 19F MRI Probe
Garda Z., Szeremeta F., Tóth C.S., Bunda S., Pifferi C., Clémençon R., Même S., Tircso G., Tóth É.
J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 21, 18017–18024

En savoir plus sur le site de CNRS Chimie.

 

Une formulation optimisée pour la livraison de l’ARN messager

Cette nouvelle version optimisée des liposomes a été signalée par le CNRS Chimie sur son site web et également par CNRS Ingénierie.

Le développement de systèmes d'administration d'ARNm à base de lipides a considérablement fait progresser les thérapies basées sur l'ARNm. Les liposomes, en particulier les liposomes histidylés (LYX), se sont révélés efficaces pour délivrer des acides nucléiques. Dans cette étude, les liposomes LYX ont été optimisés en ajoutant une étape de lyophilisation et d'extrusion, ce qui a permis d'améliorer l'homogénéité et la stabilité au stockage. Les liposomes LYX ont conservé leur taille (150 ± 10 nm) et leur indice de polydispersité (0,10 ± 0,02) jusqu'à un an à 4°C, tout en préservant leur efficacité de transfection. Ils présentent un taux élevé d'encapsulation de l'ARNm (∼95%) et le protègent de la dégradation par les RNases. L'organisation lamellaire a été confirmée par diffusion des rayons X aux petits angles et par CryoTEM. Ces liposomes permettent une transfection efficace des lignées cellulaires et des cellules primaires, bien qu'avec une efficacité inférieure à celle des vecteurs commerciaux, en raison d'une internalisation cellulaire plus lente et d'un échappement endosomal réduit. Ils ont démontré leur capacité à délivrer de l'ARNm codant pour les molécules thérapeutiques BMP2 et BMP9, conduisant à la production de protéines fonctionnelles capables d'induire la signalisation BMP. Des études in vivo ont également confirmé leur potentiel de libération d'ARNm lorsqu'ils sont incorporés dans des hydrogels et implantés par voie sous-cutanée chez des souris. Ces résultats montrent que les liposomes LYX constituent une plateforme prometteuse et polyvalente pour la délivrance d'ARNm dans des applications thérapeutiques.

Ce travail a impliqué des laboratoires de deux instituts : le Centre de Biophysique Moléculaire (CNRS Chimie) et le Laboratoire de Biologie, Bioingénierie et Bioimagerie Ostéo-Articulaires (CNRS Ingénierie).

Référence :
Albert Ngalle Loth, Manon Maroquenne, Ayoub Medjmedj, Franck Coste, Thomas Bizien, Chantal Pichon, Delphine Logeart-Avramoglou, Federico Perche.
Structural and functional characterization of a histidylated liposome for mRNA deliveryStructural and functional characterization of a histidylated liposome for mRNA delivery.Journal of Controlled Release (2025) Volume 379, pages 164-176, doi : 10.1016/j.jconrel.2025.01.010. doi: 10.1016/j.jconrel.2025.01.010.

Un peptide de papillon pour lutter contre les champignons résistants

Une piste prometteuse pour mieux protéger les cultures et peut-être même soigner certaines maladies signalée par CNRS Chimie.

Les infections fongiques représentent un problème de santé mondial majeur, avec une augmentation de la résistance aux molécules antifongiques actuellement disponibles. Cibler les glucosylcéramides (GlcCer), qui sont des glycosphingolipides fonctionnellement essentiels présents dans les membranes fongiques, représente une stratégie prometteuse pour le développement de nouveaux antifongiques.

Les GlcCer sont associés à l'activité antifongique de certains peptides antimicrobiens présents dans les plantes et les insectes, et nommés défensines. Le peptide ETD151, optimisé à partir des défensines de papillons, est actif contre une série de champignons pathogènes d’intérêt pour la santé humaine ou l'agriculture. Par exemple, les chercheurs ont montré précédemment que ETD151 induisait un mécanisme d'action multifacette sur Botrytis cinerea, un champignon phytopathogène multirésistant utilisé ici comme modèle (Aumer et al. 2020).

Ce mécanisme d'action multifacettes fait d'ETD151 un candidat prometteur pour lutter contre la résistance fongique. Les chercheurs ont relevé ici le défi d’identifier sa cible moléculaire. Ils ont montré que le peptide ETD151 se liait au niveau moléculaire au GlcCer et se localisait préférentiellement à la membrane, d'où il induirait divers effets toxiques. L'identification de sa cible moléculaire et la compréhension du mode d'action de ETD151 ouvrent la voie à de nouvelles perspectives en matière de santé humaine et de protection des cultures.

Référence :
O. Kharrat, Y. Yamaryo-Botté, R. Nasreddine, S. Voisin, T. Aumer, B.P.A. Cammue, J. Madinier, T. Knobloch, K. Thevissen, R. Nehmé, V. Aucagne, C. Botté, P. Bulet, & C. Landon.
The antimicrobial activity of ETD151 defensin is dictated by the presence of glycosphingolipids in the targeted organisms.
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. (2025) 122 (7) e2415524122, https://doi.org/10.1073/pnas.2415524122.

Protocole amélioré pour l’extraction des métabolites et l’identification des quinones respiratoires chez les archées extrêmophiles cultivées sur des matériaux minéraux

Nous avons étudié le métabolome de l'archéon Metallosphaera sedula, extrêmement thermoacidophile et oxydant le fer et le soufre, cultivé sur de la pyrite minérale (FeS2). L'extraction des matières organiques de ces micro-organismes est un défi majeur en raison du contact étroit et de l'interaction entre les cellules et les matières minérales. Par conséquent, nous avons appliqué un protocole amélioré pour briser les cellules microbiennes et séparer leurs constituants organiques de la surface minérale, pour extraire les composés lipophiles par extraction liquide-liquide, et nous avons effectué des analyses métabolomiques en utilisant MALDI-TOF MS et UHPLC-UHR-Q/TOF. Grâce à cette approche, nous avons identifié plusieurs molécules impliquées dans le métabolisme central du carbone et dans la voie d'Entner-Doudoroff modifiée que l'on trouve chez les Archaea, des composés liés au métabolisme du soufre et des molécules impliquées dans l'adaptation de M. sedula à des environnements extrêmes, telles que la tolérance aux métaux et la résistance à l'acide. En outre, nous avons identifié des molécules impliquées dans les interactions microbiennes, c'est-à-dire les interactions à la surface des cellules par la formation de biofilms et les interactions cellule-cellule par le "quorum sensing", qui s'appuie sur des molécules messagères pour la communication microbienne. En outre, nous avons réussi à extraire et à identifier différentes quinones saturées contenant du thiophène à l'aide d'un logiciel d'identification avancée des composés (MetaboScape). Ces quinones sont des transporteurs d'électrons de la chaîne respiratoire chez M. sedula, avec un potentiel de biomarqueur pour la détection de la vie dans des conditions environnementales extrêmes.

Référence :
Gfellner SV, Colas C, Gabant G, Groninga J, Cadene M, Milojevic T. Improved protocol for metabolite extraction and identification of respiratory quinones in extremophilic Archaea grown on mineral materials. Front Microbiol. 2025 Jan 8;15:1473270. doi: 10.3389/fmicb.2024.1473270

Sera-t-il bientôt possible de détecter le cuivre par imagerie non invasive ?

Dans ce travail, en collaboration avec des chimistes de l’Institut de Chimie de Strasbourg (CNRS/Université de Strasbourg), nous avons conçu et étudié une sonde IRM “intelligente” qui s’allume en presence de cuivre. La conception de telles sondes est cependant un défi car le Cu(II) libre dans l’organisme est présent quantité beaucoup plus faible que le Zn(II), un autre cation physiologique. Il est donc primordial de concevoir des sondes qui aient une réponse maximale en présence de Cu(II), mais surtout qui soient sélectives pour le Cu(II) vis-à-vis du Zn(II), son principal compétiteur. Les sondes comportent typiquement une partie active en IRM un espaceur et une partie pour la reconnaissance du Cu(II). Obtenir une bonne sélectivité en utilisant de petits motifs chimiques complexants du Cu(II) reste compliqué. Nous avons opté ici pour une approche bioinspirée où la partie de reconnaissance du Cu(II) est basée sur le motif ATCUN, un petit peptide qui complexe le Cu(II) dans le sang. Grâce à ce design original, la sonde présente une réponse inégalée en presence de Cu(II), et surtout une excellente sélectivité vis-à-vis du Zn(II). Des images IRM réalisées en laboratoire sur des échantillons proches de l’environnement physiologique montrent un contraste clair, illustrant le potentiel de cet outil.

Référence :
A Bioinspired Cu2+-Responsive Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent with Unprecedented Turn-On Response and Selectivity
Katharina Zimmeter, Agnès Pallier, Bertrand Vileno, Martina Sanadar, Frédéric Szeremeta, Carlos Platas-Iglesias, Peter Faller, Célia S. Bonnet and Angélique Sour
Inorganic Chemistry - Vol 63 - Issue 49 - 23067−23076