Une nouvelle approche de l'enregistrement des activités cellulaires
Potentiel d'accélération de la recherche : une nouvelle méthode de marquage chimique permet d'enregistrer des événements transitoires dans les cellules en vue d'une analyse ultérieure
Dans les cellules vivantes, un grand nombre d'événements transitoires se produisent simultanément, chacun d'entre eux étant important pour une cellule donnée dans l'accomplissement de sa fonction. L'enregistrement fidèle de ces activités transitoires est une condition préalable à la compréhension moléculaire de la vie, mais il est extrêmement difficile d'obtenir de tels enregistrements. Des scientifiques de l'Institut Max Planck pour la recherche médicale à Heidelberg et leurs partenaires ont créé une nouvelle technologie qui permet d'enregistrer des événements cellulaires par marquage chimique avec des colorants fluorescents en vue d'une analyse ultérieure, ce qui ouvre de toutes nouvelles voies pour l'étude de la physiologie cellulaire. Cette nouvelle méthode vient d'être publiée dans Science.
À l'intérieur d'un cerveau de poisson : la nouvelle méthode de marquage chimique utilise des colorants fluorescents distincts, ici le magenta et le bleu, pour enregistrer les activités cellulaires en vue d'une analyse ultérieure.
MPI for Medical Research
Bien visible, rapide, possibilité d'analyse ultérieure : activité cellulaire codée en couleur dans un cerveau de mouche.
MPI for Medical Research
L'enregistrement d'événements cellulaires transitoires joue un rôle décisif dans l'examen et la compréhension des processus biologiques, mais il présente des défis techniques importants. Une méthode d'enregistrement idéale permettrait d'observer simultanément de grandes populations de cellules, fonctionnerait en éprouvette et chez l'animal vivant, et permettrait de récupérer et d'analyser ultérieurement les observations enregistrées. Jusqu'à présent, les méthodes répondant à ces critères ont largement fait défaut : une lacune que la nouvelle technologie pourrait désormais combler.
Les protéines enregistreuses peuvent être marquées de manière irréversible
"Notre technologie est basée sur une protéine enregistreuse qui est irréversiblement marquée par un colorant fluorescent lorsqu'un événement intéressant se produit dans son voisinage", explique Magnus-Carsten Huppertz, chercheur postdoctoral au département de biologie chimique du MPI pour la recherche médicale. "Cela permet aux scientifiques d'étudier un très grand nombre de cellules en parallèle ̶ in vivo ou in vitro."
Des substrats distincts enregistrent des périodes d'activité successives
L'équipe, dirigée par Kai Johnsson et Julien Hiblot, a conçu des protéines qui deviennent marquées lorsqu'une activité cellulaire spécifique et un substrat fluorescent sont simultanément présents. L'entrée et la sortie du substrat définissent la période d'enregistrement, tandis que l'activité cellulaire détermine le degré de marquage. En outre, l'utilisation de substrats distincts permet d'enregistrer différentes phases au sein d'une période d'activité.
Dans leurs études, ils ont construit des enregistreurs pour trois processus différents d'intérêt central : l'activation des récepteurs, les interactions protéine-protéine et les changements de concentration en ions calcium (Ca2+). Ce dernier a été utilisé pour étudier l'hétérogénéité des changements de Ca2+ dans les réseaux cellulaires dérivés du glioblastome, une tumeur cérébrale agressive. En étroite collaboration avec les groupes de Lisa Fenk et Herwig Baier de l'Institut Max Planck pour l'intelligence biologique à Martinsried, les auteurs ont réussi à enregistrer des modèles d'activité neuronale chez la mouche et le poisson zèbre.
"En fin de compte, nous avons mis au point une plateforme d'enregistrement aussi polyvalente pour l'analyse parallèle de nombreux événements cellulaires transitoires simultanés in vitro et in vivo", conclut Jonas Wilhelm, chercheur postdoctoral dans le même département. Les scientifiques présentent leur approche et leurs résultats dans le dernier numéro de Science.
Testé dans des contextes expérimentaux complexes
Le principal défi auquel les scientifiques ont été confrontés au cours de leurs travaux a été d'affiner la plate-forme d'enregistrement nouvellement développée afin de garantir sa robustesse et son efficacité dans toute une série de systèmes modèles biologiques. Pour explorer l'utilisation de cette nouvelle technologie dans diverses conditions, ils ont mis en place une variété de dispositifs expérimentaux composites.
Potentiel d'accélération de la recherche
"Nous sommes ravis de fournir de nouveaux outils moléculaires susceptibles de permettre de nouveaux types d'expériences et d'accélérer la recherche dans différents domaines tels que la neurobiologie et l'oncologie", déclarent Magnus-Carsten Huppertz et Jonas Wilhelm. "Nous avons eu la chance de pouvoir collaborer avec des scientifiques de différentes disciplines pour rendre cette nouvelle technologie possible". Outre l'Institut Max Planck d'intelligence biologique, des scientifiques du Centre allemand de recherche sur le cancer (DKFZ), du Centre national des maladies tumorales (NCT), de l'université de Heidelberg, du Janelia Research Campus, en Virginie (États-Unis), et de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), en Suisse, ont contribué à ces travaux.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Magnus-Carsten Huppertz, Jonas Wilhelm, Vincent Grenier, Martin W. Schneider, Tjalda Falt, Nicola Porzberg, David Hausmann, Dirk C. Hoffmann, Ling Hai, Miroslaw Tarnawski, Gabriela Pino, Krasimir Slanchev, Ilya Kolb, Claudio Acuna, Lisa M. Fenk, Herwig Baier, Julien Hiblot, Kai Johnsson; "Recording physiological history of cells with chemical labeling"; Science, Volume 383
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