Des cascades de réactions complexes peuvent être déclenchées dans des systèmes moléculaires artificiels :des scientifiques suisses ont construit une enzyme capable de pénétrer dans une cellule de mammifère et d'accélérer la libération d'une hormone. Cela active alors un commutateur génique qui déclenche la création d'une protéine fluorescente. Les résultats ont été rapportés par des chercheurs du PRN Ingénierie des systèmes moléculaires, dirigé par l'Université de Bâle et l'ETH Zurich.

La nature s'appuie sur des enzymes pour accélérer les réactions biochimiques énergivores qui sont nécessaires à la préservation de la vie. Cependant, les enzymes naturelles ne sont pas toutes également adaptées à tous les types de réaction. Les catalyseurs créés artificiellement sont beaucoup plus polyvalents, car ils peuvent favoriser de nombreux autres processus de synthèse chimique.

Il y a donc un grand potentiel à introduire des catalyseurs artificiels dans des cellules et organes vivants afin de modifier les fonctions cellulaires au niveau génétique ou de créer un médicament à partir d'un précurseur inoffensif dans la cellule elle-même. Cependant, de tels catalyseurs ne fonctionnent souvent que dans des conditions strictement contrôlées qui sont presque impossibles à réaliser dans des cellules vivantes.

Cascade de composants artificiels

Pour surmonter cette restriction, des chercheurs des universités de Bâle (Professeur Thomas Ward) et de Genève (Professeur Stefan Matile) et de l'ETH Zurich (Professeur Martin Fussenegger) ont développé un catalyseur à petites molécules qui peut contrôler un commutateur génique. Si cet interrupteur est activé, la fonction cellulaire souhaitée est déclenchée.

Pour l'étude en cours, les chercheurs ont produit une métalloenzyme – une protéine biocompatible dans laquelle un fragment métallique catalytiquement actif (en l'occurrence le ruthénium) est incorporé. Avec cette méthode, ils ont réussi pour la première fois à développer une métalloenzyme artificielle capable de pénétrer dans une cellule de mammifère.

Une fois dans la cellule, la métalloenzyme – tel un cheval de Troie – a déployé sa fonction catalytique et accéléré la production d'une hormone thyroïdienne particulière. Cette hormone a ensuite activé un commutateur génique synthétique qui a conduit à la création d'une protéine fluorescente appelée luciférase.

Un nouveau type de chimie dans les organismes vivants

L'étude, Publié dans Communication Nature , prouve la faisabilité d'une approche innovante qui cible le développement des fonctions cellulaires et vise à compléter les processus biochimiques traditionnels. Le travail est un bon exemple des opportunités offertes par la combinaison de la biologie synthétique et de la chimie organométallique pour le contrôle des fonctions cellulaires dans les organismes vivants.