Schémas du mécanisme de clustering CRY2PHR déclenché par la lumière bleue. Dans ce système optogénétique, Le regroupement CRY2 (bleu et rose) est contrôlé de manière réversible par la lumière bleue. Si CRY2 est lié à des protéines fluorescentes (vert), le moment et les caractéristiques de regroupement peuvent être visualisés et mesurés au microscope confocal. Les scientifiques émettent l'hypothèse que si les protéines fluorescentes sont pré-assemblées en paires ou en petits groupes (b), la technique conduit à des amas fluorescents plus gros. Crédit : Institut des sciences fondamentales
L'un des défis actuels de la biologie est de comprendre les phénomènes qui évoluent rapidement. De façon intéressante, seule une petite fraction d'entre eux est due à des protéines agissant isolément, la majorité des événements biologiques sont régulés par des protéines agissant ensemble en grappes. Chercheurs du Centre Cognition et Socialité, au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS), ont développé un nouvel outil, appelé "CRY2clust", pour déclencher la formation d'amas de protéines en réponse à la lumière bleue. Cette nouvelle technique a un taux de réponse beaucoup plus rapide et une sensibilité à la lumière plus élevée que les méthodes existantes. Publié dans Communication Nature , ce nouvel outil pourrait faire progresser notre compréhension d'innombrables mécanismes moléculaires et cellulaires.
CRY2clust est basé sur une protéine photoréceptrice appelée cryptochrome 2 (CRY2), dérivé de la plante Arabidopsis thaliana. CRY2 intervient dans la croissance et le développement des plantes, et plus précisément, une partie de CRY2, connue sous le nom de CRY2 Photolyase Homology Region (CRY2PHR), provoque l'assemblage de cette protéine en réponse à la partie bleue de la lumière du soleil.
Les fonctionnalités de CRY2PHR ont déjà attiré l'attention des scientifiques, qui en a fait un outil pour l'optogénétique, une technique innovante basée sur la biologie et l'optique qui permet le contrôle artificiel d'événements biologiques avec la lumière laser. Grâce à l'optogénétique, des activités cellulaires bien définies peuvent être facilement activées et désactivées à des endroits et à des heures spécifiques. Par exemple, les protéines d'intérêt liées à CRY2PHR se rassemblent en présence de lumière bleue et se désassemblent lorsque la lumière est éteinte, entraînant différents effets biologiques. Cependant, les scientifiques ont rapporté que l'efficacité de ce système varie considérablement selon le type de protéines cibles liées à CRY2PHR, limiter son utilisation. L'équipe d'IBS a cherché à l'améliorer :« La structure 3D de CRY2 n'a pas encore été définie, nous avons donc essayé différentes stratégies pour comprendre comment il fonctionne à l'intérieur des cellules et le rendre plus efficace, " explique KIM Na Yeon, un doctorant dans l'équipe.
Comparaison de l'OPTOSTIM1 d'origine (avec CRY2PHR) et de l'OPTOSTIM1 avec le nouveau CRY2clust. Dans cette expérience, CRY2PHR ou le CRY2clust nouvellement développé étaient liés à une protéine qui régule l'ouverture des canaux calciques sur la cellule. La lumière bleue induit le regroupement de ce régulateur des canaux calciques et, par conséquent, l'ouverture des canaux calciques. L'analyse de l'apport en calcium par les cellules a montré que le nouveau CRY2clust est doublement plus rapide. Une intensité plus élevée (jaune-blanc) signifie que plus de calcium est entré dans la cellule.
Le nouvel outil optogénétique développé par les chercheurs de l'IBS, CRY2clust, se compose de CRY2PHR plus 9 résidus d'acides aminés, qui ont été conçus pour maximiser ses performances. En comparaison avec d'autres systèmes optogénétiques dérivés de CRY2, comme CRY2olig, CRY2clust déclenche une association et une dissociation plus rapides des protéines, lorsque la lumière est allumée et éteinte, respectivement. Il est fonctionnel à une intensité de lumière bleue plus faible (90 microwatt/mm2). De plus, car il ne s'accumule pas dans les structures nucléaires, appelé mouchetures nucléaires, il pourrait être utile d'étudier les processus nucléaires.
