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Des études de bio-informatique récentes basées sur de données des structures des protéines ont révélés qu’un tier de toutes les protéines connues ont leur structure stabilisée par des interactions non covalentes entre les atomes de soufre et les électrons π des groupes aromatiques : l’interaction S∴π. Suite à des modifications des orbitales moléculaires, les groupements impliqués dans l’interaction S∴π servent aussi comme station relais dans le processus de transport d’électrons au sein des protéines. La pertinence biologique de cette interaction est aussi due à son implication dans nombre de pathologies associées à la perte de l’interaction suite à l'oxydation des soufres, dont des maladies liées au vieillissement tel que Alzheimer et Creutzfeldt-Jacob. Les interactions S∴π gagnent actuellement en intérêt dans de nombreux secteurs de recherche, comme pour le développement de médicaments pour les thérapies ciblées, la création de catalyseur organique, ou encore la compréhension de la structure et de la fonction de systèmes moléculaires biologiques.
Aujourd’hui, cependant, il n’existe pas de données spectroscopiques permettant d’identifier l’interaction S∴π. Etudier cette signature non-seulement apporterait des informations sur la structure électronique, les transferts de charges et autres propriétés dérivées dans ces protéines, mais aussi constituerait un marqueur biologique de la dénaturation d’une protéine pour la détection précoce des pathologies liés à la perte de cette interaction. Dans le cadre de ce projet de thèse, nous allons employer des méthodes spectroscopiques modernes (spectroscopie infra-rouge, UV, VUV, de rayons-X, mobilité ionique), en combinaison avec des techniques de pointe en spectrométrie de masse, pour identifier et caractériser l’interaction S∴π dans des peptides et des protéines. Les effets de l’oxydation des soufres sur la dénaturation des protéines, ainsi que les modifications de la signature spectroscopique seront aussi étudiés.

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In proteins, non-covalent interactions between sulfur and delocalized π electrons of aromatic groups have been identified as participating in the stabilization of their three-dimensional structure. Recent bioinformatics studies on protein structure databases have revealed that one third of all known proteins have their structure stabilized by S∴π interactions. Due to the change in the electron orbitals, S∴π interacting groups are also involved as relay stations in the electron transport processes within proteins. The biological relevance of this interaction is also imparted by its implication for a number of pathologies associated with the interaction loss due to sulfur oxidation, including aging-related diseases such as Alzheimer or Creutzfeldt-Jacob. S∴π interactions are gaining interest in many research areas, for the development of new drugs for targeted therapeutics, the design of organo-catalysts and for the understanding of the structure and functions of biological systems.
However, there is, to date, no spectroscopic fingerprint of this interaction which, in addition to bringing information on the electronic structure, charge transfers and derived properties of sulfur and aromatic containing-proteins, could provide a Biomarker of the protein denaturation for the early detection of pathologies related to the loss of the S∴π interaction. With this thesis project, we aim at employing the most advanced gas-phase spectroscopic tools (infrared, UV/VUV and soft X-ray spectroscopy, ion mobility) in combination with state-of-the-art mass spectrometric techniques to unravel the fingerprints of the S∴π interactions in peptides and proteins. Fundamental effects of the sulfur oxidation on the protein's denaturation and changes in the spectroscopic signature will also be studied.