Caractérisation dynamique et multiparamétrique de l'activité des canaux ioniques intracellulaires par sondes BRET // Dynamic and Multiparametric Characterization of Intracellular Ion Channel Activity Using BRET-Based Probes

Le criblage de nouveaux médicaments ciblant les canaux ioniques reste une activité complexe car les techniques de référence utilisées en criblage industriel (patch-clamp et sondes fluorescentes) ne donnent accès à l'activité d'un canal que de manière indirecte : on ne mesure pas directement l'activité du canal mais la variation de potentiel membranaire, le passage d'un ion ou le courant ionique entre l'extérieur et l'intérieur de la cellule, ce qui génère des biais expérimentaux. Les sondes à cations sont ainsi souvent utilisées lors d'un crible primaire mais engendrent un nombre important de faux positifs. Le patch-clamp, qui est la technique de référence, tend à être automatisé mais reste extrêmement coûteux et n'est réellement adapté qu'à un criblage à moyen débit.
Nous avons montré, en prenant comme modèle d'étude le canal TRPV1, que des sondes basées sur la technique du Transfert d'Énergie en Résonance de Bioluminescence (BRET) permettent de mesurer en temps réel et sur cellules vivantes plusieurs évènements moléculaires directement liés à l'activité du canal étudié, comme les interactions protéine-protéine engagées par les canaux ioniques, l'endocytose, le routage et les changements de conformation des canaux lors de leur activation, ou encore la variation spécifique des cations Ca2+ et K+ dans l'environnement du pore d'un canal suite à son ouverture. Ces évènements moléculaires ne sont pas mesurables à l'aide des techniques classiques d'analyse des canaux ioniques. La diversité des sondes BRET mises en place permet aujourd'hui d'envisager l'étude multiparamétrique de l'action des ligands dans le temps lors d'une campagne de criblage à haut débit d'analyse. Mieux encore, l'utilisation du BRET permet d'étudier en temps réel sur cellules vivantes le fonctionnement des canaux intracellulaires (comme les canaux lysosomiaux).
Cette thèse vise à préciser la pharmacologie moléculaire de canaux cationiques TRPV1, P2X4 et TRPML1 lorsqu'ils sont exprimés dans le réticulum endoplasmique, sur la membrane mitochondriale (TRPV1), ou sur la membrane lysosomiale (P2X4 et TRPML1). Dans un deuxième temps, à l'aide des différentes sondes BRET utilisées sur chaque canal, nous réaliserons le criblage multiparamétrique à haut débit d'analyse d'une banque de 50,000 composés chimiques issus de la chimiothèque nationale pour trouver de nouveaux ligands ciblant ces canaux ioniques. Ce crible, qui sera réalisé au format 384 puits pour accélérer l'obtention des résultats, demandera à mettre en place une analyse novatrice et automatisée des signatures temporelles générées.
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The screening of new drugs targeting ion channels remains a complex activity, as the reference techniques used in industrial screening (patch-clamp and fluorescent probes) only give access to the activity of a channel in an indirect way: we don't directly measure the activity of the channel but the variation in membrane potential, the passage of an ion or the ionic current between the outside and inside of the cell, which generates experimental biases. Cation probes are therefore often used in primary screening, but generate many false positives. Patch-clamp, the reference technique, tends to be automated but remains extremely expensive and is only really suitable for medium-throughput screening.
Using the TRPV1 channel as a model, we have shown that probes based on the Bioluminescence Resonance Energy Transfer (BRET) technique can be used to measure, in real-time and on living cells, several molecular events directly linked to the activity of the channel under study, These include protein-protein interactions, endocytosis, channel routing and conformational changes upon activation, and specific variations in Ca2+ and K+ cations in the pore environment following channel opening. These molecular events cannot be measured using conventional ion channel analysis techniques. The diversity of BRET probes now available means that ligand action can be studied multiparametrically over time, as part of a high-throughput screening campaign. Better still, using BRET makes it possible to study the functioning of intracellular channels (such as lysosomal channels) in real time on living cells.

This thesis aims to clarify the molecular pharmacology of TRPV1, P2X4 and TRPML1 cation channels when expressed in the endoplasmic reticulum, on the mitochondrial membrane (TRPV1), or on the lysosomal membrane (P2X4 and TRPML1). Secondly, using the different BRET probes used on each channel, we will carry out high throughput multiparametric screening of a bank of 50,000 chemical compounds from the national chemical library to find new ligands targeting these ion channels. This screening, which will be carried out in 384-well format to speed up results, will require innovative, automated analysis of the time signatures generated.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrat doctoral libre

Université de Bordeaux

154 Sciences de la Vie et de la Santé

Le ou la candidat(e) devra être titulaire d'un Master 2 en biologie, biophysique, biochimie, neurosciences, pharmacologie, bioélectronique ou disciplines apparentées. Un profil avec de solides bases en neurobiologie et/ou en pharmacologie des canaux ioniques sera particulièrement apprécié, de même qu'un intérêt marqué pour les approches expérimentales innovantes à l'interface entre biologie et physique. Des compétences en biologie moléculaire (clonage, expression de protéines, culture cellulaire) et/ou en biologie cellulaire constituent un atout important pour le projet. Une familiarité avec des techniques de mesure optique, d'imagerie, de biophysique ou d'électrophysiologie sera également valorisée, sans être strictement indispensable. Les candidat(e)s disposant de compétences en analyse de données, traitement du signal, programmation scientifique ou bioinformatique sont également encouragé(e)s à postuler, dans la mesure où le projet implique l'analyse de signatures temporelles complexes issues de mesures BRET. Au-delà des compétences techniques, le projet requiert une forte motivation pour la recherche, une capacité à travailler de manière autonome tout en s'intégrant dans un environnement de travail collaboratif et pluridisciplinaire, ainsi qu'un esprit critique et une rigueur scientifique avérée. Une bonne maîtrise de l'anglais scientifique, à l'écrit comme à l'oral, est attendue afin de permettre la lecture de la littérature, la rédaction d'articles et la participation à des conférences internationales. Le ou la doctorant(e) sera amené(e) à développer des compétences transverses à l'interface entre la biologie, la physique et l'ingénierie, dans un contexte de recherche fondamentale à fort potentiel de valorisation.
The PhD candidate must hold a Master's degree in Biology, Biophysics, Biochemistry, Neuroscience, Pharmacology, Bioelectronics, or a related discipline. A strong background in neurobiology and/or ion channel pharmacology will be highly valued, as well as a demonstrated interest in innovative experimental approaches at the interface between biology and physics. Experience in molecular biology (cloning, protein expression, cell culture) and/or cell biology is considered a significant asset for this project. Familiarity with optical, imaging, biophysical, or electrophysiological techniques will also be appreciated, though it is not strictly required. Candidates with skills in data analysis, signal processing, scientific programming, or bioinformatics are strongly encouraged to apply, as the project involves the analysis of complex temporal signatures derived from BRET measurements. Beyond technical expertise, the candidate is expected to demonstrate strong motivation for research, the ability to work independently while thriving in a collaborative and multidisciplinary environment, and a high level of scientific rigor and critical thinking. A good command of scientific English, both written and spoken, is required for literature review, manuscript preparation, and participation in international conferences. The PhD candidate will be trained to acquire cross-disciplinary skills at the interface of biology, physics, and engineering, within a fundamental research project with strong translational and valorization potential.