Une simple substitution crée un sous-ensemble de fluorophores de rhodamine avec une solubilité extrême

Une simple substitution crée un sous-ensemble de fluorophores de rhodamine avec une solubilité extrême

Les chercheurs ont créé un sous-ensemble de structures à base de rhodamine portant des 3-phosphonates qui comblent un trou béant dans la littérature sur ces fluorophores importants.1 Les nouveaux composés sont également beaucoup plus solubles dans l’eau que les rhodamines 3-substituées conventionnelles utilisées pour l’imagerie cellulaire.

Depuis leur découverte en 1887, les applications des rhodamines ont évolué depuis la fabrication de peintures et la teinture de tissus jusqu’aux chimiocapteurs et sondes fluorescentes pour l’observation des systèmes biologiques. Et les chimistes modifient leur structure depuis plus de 100 ans pour créer de nouveaux analogues dotés de meilleures propriétés.

Source : © Evan Miller/Université de Californie à Berkeley

Formation étape par étape de phosTMR

Il existe déjà des dérivés de 3-carboxy- et de 3-sulfono-rhodamine. Aujourd’hui, Evan Miller et ses collègues de l’Université de Californie à Berkeley, aux États-Unis, ont mis au point une méthode douce et évolutive pour fabriquer des 3-phosphonorhodamines. «Personne n’avait fabriqué ces composés auparavant. Et nous avons été surpris car cela semble être une modification évidente à essayer. L’une des joies de la science est de créer – ou de décrire ou de découvrir – quelque chose que personne d’autre n’a fait auparavant », commente Miller.

La condensation de Friedel-Crafts avec un acide exogène est la voie de synthèse traditionnelle pour produire des analogues de la rhodamine. L’acide active un aldéhyde pour favoriser une attaque nucléophile. L’équipe de Miller a cependant choisi une voie alternative. Ils ont adapté une méthode utilisée pour la première fois pour synthétiser les 3-carboxyrhodamines.2 Il omet le besoin d’un acide exogène et utilise à la place du 2-phophonobenzaldéhyde, qui subit une activation intramoléculaire de l’aldéhyde. La réaction du 2-phophonobenzaldéhyde avec une série d’anilines forme des triarylméthanes qui se déshydratent et s’oxydent ensuite pour donner des 3-phosphonorhodamines.

Cellules HEK

Source : © Evan Miller/Université de Californie à Berkeley

Cellules HEK colorées avec un rapporteur de tension à la rhodamine phosphonée. La barre d’échelle est de 20 μm

L’équipe a découvert que les tétraméthyl-3-phosphonorhodamines (phosTMR), en particulier, présentaient une excellente stabilité chimique. De plus, ils décrivent le phosTMR comme étant respectivement 12 et 500 fois plus soluble que leurs homologues 3-carboxy et 3-sulfono. Les sondes fluorescentes doivent être solubles dans l’eau pour accéder aux systèmes biologiques, mais une solubilité accrue dans l’eau profite également à la luminosité des fluorophores. Ici, la luminosité est une mesure du nombre de photons émis lors de l’absorption de la lumière. Au cours de l’imagerie cellulaire, la luminosité d’un fluorophore diminue à mesure que le nombre de réactifs n’ayant pas réagi augmente. L’excellente solubilité dans l’eau du PhosTMR facilite l’élimination des molécules qui ne réagissent pas, améliorant ainsi le signal de celles qui réagissent. «Nous espérons qu’en éliminant le colorant n’ayant pas réagi, l’expérience ressemblera davantage à allumer une lampe de poche la nuit: la protéine d’intérêt est très visible.» Si vous ne parvenez pas à éliminer l’excès de colorant, l’expérience s’apparente davantage à allumer une lampe de poche pendant la journée – difficile à distinguer de l’arrière-plan », explique Miller.

Des signaux plus forts signifient que vous pouvez utiliser moins de colorants, ce qui signifie que le marquage des protéines, l’imagerie de cellules vivantes et le séquençage de nouvelle génération utilisant de tels colorants deviennent plus rentables. «Il existe une carence en colorants émissifs hydrosolubles pour l’imagerie cellulaire et l’incorporation du groupe phosphate, pour augmenter la solubilité dans l’eau des colorants, est bénéfique pour le domaine», commente Colleen Scott, chimiste organique de l’Université d’État du Mississippi aux États-Unis. NOUS.

Bien que la raison de cette solubilité accrue dans l’eau soit encore inconnue, l’équipe d’Evan suggère que cela pourrait être dû au fait que l’acide phosphonique possède deux sites ionisables, alors que les acides carboxylique et sulfonique n’en ont qu’un.

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