La programmation des cellules pour organiser leurs molécules peut ouvrir la porte à de nouveaux traitements.

15 février 2024

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par Renata Solan, Université du Wisconsin-Madison

Les chercheurs peuvent modifier génétiquement des cellules pour qu'elles expriment de nouveaux gènes et produisent des protéines spécifiques, offrant ainsi aux cellules de nouvelles parties à travailler. Cependant, il est beaucoup plus difficile de fournir aux cellules des instructions sur la manière d'organiser et d'utiliser ces nouvelles parties. Maintenant, de nouveaux outils développés par des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison offrent une solution innovante à ce problème.

Leurs recherches sont publiées dans la revue Cell.

Tout ce qu'une cellule fait dépend de la manière dont les molécules sont organisées à l'intérieur de la cellule. À l'intérieur de nos cellules - toutes les cellules - les protéines et d'autres molécules subissent une organisation et une réorganisation pour accomplir les fonctions cellulaires. Comme une flotte de trains de banlieue se déplaçant à des intervalles réguliers le long de leurs différentes lignes, les protéines à l'intérieur d'une cellule sont organisées dans le temps et l'espace pour accomplir des fonctions complexes mais prévisibles.

Alors que le besoin d'organiser les molécules à l'intérieur d'une cellule est universel chez les organismes vivants, les protéines spécifiques et les mécanismes responsables de cette organisation varient. Dans un système spécifique aux cellules bactériennes, par exemple, les protéines MinD et MinE - connues collectivement sous le nom de MinDE - interagissent les unes avec les autres le long de la membrane cellulaire pour produire des motifs ondulatoires, qui facilitent le déplacement des molécules à l'intérieur de la cellule.

Lorsque les molécules ne s'organisent pas correctement à l'intérieur d'une cellule, cela peut avoir des conséquences graves, notamment une division inégale des cellules et une communication incorrecte à l'intérieur et entre les cellules, toutes deux associées à des troubles développementaux et des maladies telles que le cancer.

En résumé, nous savons comment fournir à des cellules de nouvelles parties, mais il est beaucoup plus difficile de fournir les instructions sur la manière de les organiser et de les utiliser.

Les mécanismes par lesquels les molécules s'organisent et interagissent les unes avec les autres ont été affinés au cours de millénaires d'évolution. Lorsque les scientifiques modifient génétiquement des cellules pour produire de nouvelles molécules, il est difficile d'amener les cellules à utiliser ces nouvelles molécules sans perturber involontairement d'autres fonctions cellulaires naturelles.

Des biochimistes de l'UW-Madison ont développé un outil pour contrôler le mouvement et l'organisation de protéines spécifiques dans les cellules de mammifères tout en laissant les autres protéines intactes. Leur nouvel outil exploite les ondes et les oscillations issues des interactions entre les protéines MinDE, qui se trouvent uniquement dans les bactéries et n'interfèrent pas avec la fonction cellulaire des mammifères.

En modifiant les interactions entre les protéines MinDE et les protéines d'intérêt, les chercheurs ont créé des motifs hautement spécifiés pour organiser les molécules à l'intérieur des cellules de mammifères et induire des comportements et des fonctions cellulaires. Cet outil permet aux chercheurs d'ajuster et de modifier les motifs en réponse à des stimuli, en programmant essentiellement les molécules pour se déplacer dans une cellule vers des emplacements spécifiques au fil du temps.

Cet outil innovant a de multiples utilisations potentielles pour les scientifiques intéressés par l'ingénierie d'activités cellulaires spécifiques ou l'étude de l'activité cellulaire chez un organisme vivant.

Le contrôle du rapport entre les protéines MinDE permet aux chercheurs de concevoir des motifs de mouvement qui déterminent comment les molécules sont organisées dans une cellule, ce qui pourrait être utilisé pour orchestrer des activités cellulaires telles que le déplacement ou la communication avec d'autres cellules.

La variation des motifs de mouvement peut également être utilisée pour étudier l'activité cellulaire. Comme chaque rapport de protéines MinDE émet un motif d'oscillation unique, les protéines peuvent être insérées dans un groupe de cellules pour donner à chaque cellule son propre motif - un signal distinctif qui permet aux chercheurs d'observer chaque cellule plus facilement.

Les scientifiques peuvent également utiliser les motifs uniques pour analyser les schémas de signalisation de la cellule afin d'en apprendre davantage sur la forme, l'emplacement et l'activité de signalisation de chaque cellule individuelle. Les chercheurs du laboratoire Coyle de l'UW-Madison comparent cette utilisation de l'outil à un cadran de radio FM car il leur permet d'accéder aux données uniques émises par chaque cellule dans un système multicellulaire, ce qui est habituellement très difficile.

Le laboratoire Coyle prévoit de continuer à explorer les applications de cet outil, y compris l'étude de la dynamique des voies de signalisation dans les tumeurs, un exemple classique d'un comportement et d'une fonction cellulaires défectueux.

Fourni par l'Université du Wisconsin-Madison