Development of new fluorescent membrane probes for apoptosis and raft domains
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Abstract EN:
Fluorescent dyes are of great importance for investigation of biological processes. Recently, the first ratiometric fluorescent probe for apoptosis detection (F2N12S) was developed in our laboratory. The aim of the present work was to develop improved fluorescent apoptosis probes that will overcome the drawbacks of F2N12S. Primarily, we performed systematic studies of F2N12S in model membranes and cells to better understand the mechanism of its response to apoptosis. We found that in addition to surface charge, the membrane hydration and phase state are changed on apoptosis, thus explaining the spectroscopic response of the probe. On the second step, we have synthesized about 20 new membrane probes, which were classified into three types according to the experiments in model membranes. The first type of dyes showed nearly no sensitivity to the phase state while their sensitivity to surface charge was much higher (>3-fold) as compared to F2N12S. The second type showed improved sensitivity both to the surface charge and to the phase state of the lipid bilayers. The third type, which was based on Nile Red, was sensitive only to the phase state. Basing on these results we proposed general principles for the design of fluorescent membrane probes. Finally we described two new classes of environment-sensitive fluorophores on the base of fluorene and 3- methoxychromone units for further construction of new advanced membrane probes. These new fluorophores showed attractive spectroscopic properties, such as high brightness and photostability as well as an exceptional fluorescence solvatochromism. The first attempts to convert these fluorophores into membrane probes were described.
Abstract FR:
La première sonde ratiométrique capable de détecter l’apoptose (F2N12S) a récemment été développée au laboratoire. Le but du présent travail est de développer des sondes fluorescentes pour l’apoptose présentant des caractéristiques améliorées permettant de palier certains défauts de F2N12S. Nous avons découvert que l’apoptose induit non seulement une modification de la charge surfacique du feuillet externe, mais également de son hydratation et de son état de phase, expliquant ainsi la réponse de la sonde. Ensuite, nous avons synthétisé une vingtaine de nouvelles sondes membranaires, qui ont été classées en trois catégories en fonction de leur réponse obtenue sur membranes modèles. Une première catégorie montre une sensibilité presque nulle vis-à-vis de l’état de phase, mais nettement améliorée vis-à-vis de la charge surfacique (>3 fois), comparée à F2N12S. Une seconde catégorie montre une meilleure sensibilité à l’état de phase comme à la charge surfacique. Une troisième catégorie, dérivée du Rouge Nil, est sensible seulement à l’état de phase. En se basant sur ces résultats, nous avons proposé des principes généraux pour la conception de sondes membranaires fluorescentes. Enfin, nous avons décrit deux nouvelles classes de fluorophores sensibles à l’environnement basés sur les résidus fluoréne et 3-methoxychromone afin d’élaborer de nouvelles sondes membranaires. Ces nouveaux fluorophores ont montré des propriétés spectroscopiques intéressantes, telles qu’une forte luminosité, une excellente photostabilité et un solvatochromisme exceptionnel. Les premières tentatives pour convertir ces fluorophores en sondes membranaires ont été décrites.