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Soutenance HDR : Emmanuel Courtade

par Quentin THOMMEN - publié le , mis à jour le

Forts de leur expertise et de leurs compétences dans les domaines de l’interaction rayonnement-matière, de
l’optique et de la dynamique non linéaire, des groupes de chercheurs du PhLAM ont orienté leurs activités
vers l’interface physique-biologie. Depuis six ans, j’ai participé à l’émergence de ce nouvel axe de
recherche en coordonnant les compétences de physiciens, de chimistes et biologistes afin d’étudier la
dynamique de la réponse du stress en cellules vivantes. Les travaux présentés dans cette HDR aborderont
des études visant à mieux comprendre les mécanismes fonctionnels mis en jeu lors de l’activation de stress
(oxydant et thermique) au niveau cellulaire.

L’oxygène dans son premier état électronique excité (oxygène singulet) est une espèce chimique très
réactive qui joue un rôle majeur dans de nombreux processus de photo-oxydation tant en chimie qu’en
biologie. L’oxygène singulet est généralement produit par réactions chimiques ou photochimiques. Les
photosensibilisants, sous l’action d’une lumière laser visible, sont amenés de l’état fondamental à un état
excité puis relaxent en présence de l’oxygène qui capte l’excès énergétique et passe à l’état singulet. La
forte réactivité de l’oxygène singulet peut induire un stress oxydant conduisant à la mort cellulaire. Nous
avons montré que l’excitation laser directe de l’oxygène singulet (à 1270 nm), sans utilisation de substance
photosensibilisante, peut induire la mort cellulaire de cellules cancéreuses. En raison de sa simplicité, cette
nouvelle approche de photothérapie laser, peut potentiellement surmonter des problèmes associés à
l’administration systémique de photosensibilisant en thérapie (photosensibilité du patient, évacuation du
photosensibilisant de l’organisme). Par ailleurs, ces travaux nous ont conduit à des études de photochimie
pour caractériser la cinétique de l’oxygène singulet créé à 1270 nm afin dévaluer quantitativement sa
production ainsi que sa réactivité. A terme ces études pourraient conduire à développer des rapporteurs
biologiques utilisables in vitro qui renseignent sur les réponses physiologiques des cellules au stress
oxydant.

La réponse au choc thermique est caractérisée par l’activation de l’expression de protéines de choc
thermique, sous le contrôle de facteurs de transcription appelés « Heat Shock Factors » (HSFs). En réponse
à une élévation de température, des modifications profondes d’expression des protéines se produisent au
sein de la cellule. Les mécanismes de réponse au stress sont contrôlés par mécanismes de régulations
complexes avec de multiples partenaires. C’est dans ce cadre que nous étudions la cinétique temporelle du
recrutement du facteur de transcription (HSF1) dans des expériences de vidéo-microscopie. L’originalité
de cette étude est d’induire un stress par laser, ce qui permet de contrôler les amplitudes et cinétiques du
choc thermique. Nous avons construit par ailleurs un modèle moléculaire décrivant un réseau minimal de
régulation de réponse au choc thermique de manière à i) prédire des mécanismes de réponse suivant
différents types de stress ii) évaluer les contributions des principales réactions impliquées dans le
mécanisme de stress thermique.