Description du sujet de thèse

Notre groupe étudie la dynamique des changements photo-induits dans les protéines, y compris ces dernières années les processus photocatalytiques et potentiellement phototransducteurs dans les enzymes contenant une flavine (dérivé de la vitamine B2) [1,2]. Ce projet de thèse est basé sur la découverte récente d’un nouveau système photo-commutable par lumière rouge, impliquant un complexe de transfert de charge formé par la flavine et l'analogue inhibiteur de substrat méthylthioacétate (MTA) dans la flavoenzyme sarcosine oxydase monomérique (MSOX) [3]. Un premier mécanisme a été proposé pour la réaction. Celui-ci fait intervenir un mouvement en 300 fs (qui impliquerait l'isomérisation du MTA) sur la surface d’energie potentielle de l'état excité, conduisant, avec un rendement quantique de commutation élevé, au photoproduit et une réaction retour activée thermiquement nanoseconde. Ce système unique pourrait permettre le développement de nouveaux photo-commutateurs sensibles à la lumière rouge et biocompatibles. Un projet collaboratif (ANR PhotoCT, 2024-2028), vient d'être financé pour a) identifier le mécanisme fondamental de la réaction afin de b) modifier et optimiser le système en vue d'applications en bio-imagerie.
Le projet se focalisera sur le développement d'une variante fluorescente et photo-commutable de MSOX pour des applications en nanoscopie et ultimement en optogénétique. Pour ce faire, des acides aminés proche de la flavine, intervenant dans le mécanisme de quenching de fluorescence, seront modifiés et l’utilisation de molécules inhibiteurs alternatives sera explorée, ainsi que des sites modifiés de liaison de substrat. Ces complexes seront étudiés par spectroscopie transitoire d’absorption et de fluorescence.


1. Sorigué, D., Hadjidemetriou, K., Blangy, S., Gotthard, G., Bonvalet, A., Coquelle, N., et al. (2021). Mechanism and dynamics of fatty acid photodecarboxylase. Science, 372, eabd5687.
2. Zhuang, B., Ramodiharilafy, R., Liebl, U., Aleksandrov, A., & Vos, M. H. (2022). Ultrafast Photooxidation of Protein-Bound Anionic Flavin Radicals. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 119, e2118924119.
3. Zhuang, B., & Vos, M. H. (2022). Photoswitching Behavior of Flavin–Inhibitor Complex in a Nonphotocatalytic Flavoenzyme. J. Am. Chem. Soc., 144, 11569-11573

Contexte de travail

Le projet de thèse, financé par l’ANR, se déroulera au laboratoire d'Optique et Biosciences de l'Ecole Polytechnique (IP Paris), au sein du pole 'Dynamique interne des molécules biologiques'. La thèse sera co-encadré par un spécialiste de la dynamique des protéines et un spécialiste des bio-photocommutateurs. Le projet bénéficie d’expertise en biochimie et en expression de protéines au sein du laboratoire, ainsi que d’approches complémentaires par nos partenaires externes, en modélisation par chimie quantique (Itodys Univ. Paris Cité) et cristallographie femtoseconde (IBS CEA Grenoble). Le candidat possède idéalement une formation en biophysique ou en physico-chimie, avec une expérience en spectroscopie ultrarapide et un intérêt pour la biochimie des protéines.

L'Ecole Polytechnique est située dans la région de Paris-Saclay, et est facilement accessible par transport depuis Paris. Plus d'informations disponibles sur https://www.ip-paris.fr. Le candidat rejoindra l'école doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Utilisation de lasers femtoseconde