Une nouvelle technique d'évaluation de l'innocuité des médicaments peut détecter le stress sur les cellules à des stades plus précoces que les méthodes conventionnelles, qui reposent principalement sur la détection de la mort cellulaire. La nouvelle méthode utilise un capteur fluorescent qui est activé dans une cellule lorsque des protéines mal repliées commencent à s'agréger, un signe précoce de stress cellulaire. La méthode peut être adaptée pour détecter des agrégats de protéines causés par d'autres toxines, ainsi que des maladies telles que la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Parkinson. Un article décrivant la nouvelle méthode, par une équipe de chercheurs de la Penn State University, apparaît dans le journal Angewandte Chemie Édition Internationale .

« Le stress protéique induit par les médicaments dans les cellules est un facteur clé pour déterminer la sécurité des médicaments, " dit Xin Zhang, professeur assistant de chimie et de biochimie et biologie moléculaire à Penn State, l'auteur principal de l'article. « Les médicaments peuvent amener les protéines - qui sont de longues chaînes d'acides aminés qui doivent être repliées avec précision pour fonctionner correctement - à se replier et à s'agglomérer en agrégats qui peuvent éventuellement tuer la cellule. Nous avons entrepris de développer un système capable de détecter ces agrégats à très précoces et qui utilise également une technologie abordable et accessible à de nombreux laboratoires. »

Le nouveau système est le premier à utiliser un capteur fluorescent qui n'est activé que lorsque les protéines mal repliées commencent à s'agréger. Les chercheurs ont conçu une protéine instable, appelée AgHalo, qui est étiquetée avec un colorant fluorescent spécial qui devient actif de manière hydrophobe, c'est-à-dire hydrofuge, environnement. Les portions hydrophobes des protéines sont généralement enfouies profondément dans la structure d'une protéine correctement repliée, car l'environnement de la cellule est principalement constitué d'eau. Lorsque la protéine AgHalo commence à mal se replier et à s'agréger, le colorant peut interagir avec les parties hydrophobes de la protéine et commencer à devenir fluorescents.

Les systèmes précédents utilisaient des capteurs qui étaient toujours allumés. Les cellules auraient une fluorescence diffuse générale avant tout stress et les systèmes ne pourraient détecter le stress des protéines que lorsque les protéines mal repliées se sont agrégées, formant des points de fluorescence plus brillants qui étaient suffisamment grands pour être vus au microscope.

"Un avantage supplémentaire de notre système est que le niveau de fluorescence est corrélé à la quantité d'agrégation de protéines dans la cellule, afin que nous puissions quantifier le niveau de stress", a déclaré Yu Liu, chercheur postdoctoral à Penn State et premier auteur de l'article. "Aussi, car notre méthode mesure le niveau de fluorescence, plutôt que d'avoir à identifier la fluorescence au microscope, cela peut être fait en utilisant une technologie plus accessible, comme les lecteurs de plaques, et c'est beaucoup plus haut débit."

Les chercheurs ont utilisé leur capteur pour tester le niveau de stress protéique causé par cinq médicaments anticancéreux couramment utilisés. Bien qu'aucun des médicaments qu'ils testent n'ait causé de mort cellulaire significative dans les tests d'innocuité des médicaments précédents, tous les cinq ont produit un certain niveau de stress protéique détectable par le capteur AgHalo.

« Parce que nous avons testé les médicaments anticancéreux à des doses beaucoup plus élevées que celles généralement utilisées pour le traitement, nos résultats ne remettent pas nécessairement en cause la poursuite de l'utilisation de ces médicaments, " dit Liu. " Cependant, parce que le stress protéique des traitements à long terme pourrait avoir des effets durables, l'évaluation des médicaments avec notre nouveau capteur aidera au développement de médicaments plus sûrs."

Le stress protéique peut être induit par de nombreux autres facteurs. Chaleur, toxines, infections bactériennes, cancer, et même le vieillissement peut entraîner un mauvais repliement des protéines et la formation d'agrégats dans les cellules. "Avec notre méthode, nous pouvons détecter quantitativement le stress protéique dans les cellules à des stades beaucoup plus précoces et donc les chercheurs peuvent commencer à étudier les mécanismes que les cellules utilisent pour combattre ce stress et développer des composés qui peuvent améliorer la capacité de la cellule à gérer le stress protéique, " dit Zhang.