Des chercheurs du MIT ont mis au point des protéines auto-assemblées capables de stocker des « mémoires cellulaires »


Les protéines peuvent enregistrer l’historique des événements cellulaires.

Crédits : ar13040/Pixabay

Des chercheurs du MIT ont mis au point une technique permettant d’inciter les cellules à enregistrer l’historique des événements cellulaires dans une longue chaîne de protéines qui peut être imagée à l’aide d’un microscope optique. Cette technique pourrait aider à comprendre les étapes critiques des processus, comme la formation de la mémoire, la réponse aux traitements médicamenteux et l’expression des gènes.

L’étude des processus moléculaires à l’intérieur des cellules peut fournir des informations importantes sur leur fonction et sur la façon dont elles contribuent au fonctionnement global d’un organe. Cependant, la plupart des techniques d’imagerie cellulaire ne permettent aux chercheurs que d’obtenir un instantané d’un seul moment dans le temps, ce qui peut être limité pour comprendre les processus dynamiques qui se produisent à l’intérieur des cellules.

“Les systèmes biologiques sont souvent composés d’un grand nombre de types de cellules différents. Pour comprendre ces types de systèmes biologiques, nous devons observer les événements physiologiques au fil du temps dans ces grandes populations de cellules”, a déclaré Changyang Linghu, professeur adjoint au Michigan Neuroscience Institute et auteur de l’étude.

Histoire cellulaire

Une équipe de chercheurs du MIT a eu l’idée d’enregistrer les événements cellulaires sous la forme d’une série de sous-unités protéiques ajoutées en continu à une chaîne. Pour créer leurs chaînes, ils ont utilisé des sous-unités protéiques modifiées qui peuvent s’auto-assembler en longs filaments. Ces sous-unités protéiques sont absentes des cellules vivantes.

En utilisant le codage, les chercheurs ont conçu un système permettant de produire en continu l’une des sous-unités protéiques dans les cellules, tandis que l’autre sous-unité n’est produite qu’en réponse à un événement spécifique.

Les sous-unités sont marquées avec de courts peptides appelés étiquettes épitopes (HA et V5 dans ce cas) qui peuvent se lier à des anticorps fluorescents, ce qui permet aux chercheurs de visualiser et de déterminer facilement la séquence des sous-unités protéiques.

Dans cette étude, la sous-unité étiquetée V5 n’était produite que lorsqu’un gène appelé c-fos était activé, qui code pour de nouveaux souvenirs. La majorité de la chaîne protéique est constituée de sous-unités étiquetées HA, mais chaque fois que l’étiquette V5 apparaissait, cela indiquait que le gène c-fos était activé à ce moment précis.

“Il ne s’agit pas seulement d’un instantané dans le temps, mais aussi d’un enregistrement de l’histoire passée, tout comme les cernes des arbres peuvent stocker de manière permanente des informations au fil du temps, à mesure que le bois grandit”, a déclaré Linghu.

Enregistrer les événements cellulaires

Les chercheurs ont d’abord utilisé leur système pour enregistrer l’activation de c-fos dans des neurones se développant dans une boîte de laboratoire. Pour ce faire, ils ont utilisé un produit chimique pour activer les neurones, ce qui a entraîné l’ajout de la sous-unité V5 à une chaîne de protéines.

Pour vérifier si cette approche pouvait être utilisée dans le cerveau des animaux, les chercheurs ont modifié des cellules cérébrales de souris pour produire des chaînes de protéines qui révéleraient le moment où les animaux ont été exposés à un médicament particulier. Ils ont détecté cette exposition en analysant les tissus conservés à l’aide d’un microscope optique.

Une conception flexible

Le système est conçu pour être flexible. Différentes étiquettes épitopes peuvent être utilisées pour détecter divers événements cellulaires, tels que la division cellulaire ou l’activation de protéines kinases.

Les chercheurs espèrent également pouvoir prolonger la période d’enregistrement. Cette étude a permis d’enregistrer des événements pendant plusieurs jours avant d’imager le tissu. Cependant, il y a un compromis à faire. L’augmentation de la durée d’enregistrement diminue la résolution temporelle ou la fréquence d’enregistrement des événements.

“Si nous voulons enregistrer pendant une période plus longue, nous pourrions ralentir la synthèse afin qu’elle atteigne la taille de la cellule en deux semaines, par exemple. De cette façon, nous pourrions enregistrer plus longtemps, mais avec une résolution temporelle moindre”, explique Linghu.

Les chercheurs travaillent à l’ingénierie du système pour enregistrer plusieurs événements dans la même chaîne en augmentant le nombre de sous-unités différentes qui peuvent être incorporées.

L’étude est publiée dans Nature Biotechnology.

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche


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