L'échange de matériel et d'informations au niveau des cellules individuelles nécessite un transport et une signalisation au niveau de la membrane plasmique renfermant la cellule. L'étude des mécanismes à des dimensions aussi minuscules présente aux chercheurs d'énormes défis. Récemment, les chercheurs voulaient déterminer la fonction et la distribution du cholestérol, un élément important de la membrane. Jusque là, le cholestérol ne peut être marqué que dans une mesure très limitée avec des colorants fluorescents, qui peut être visualisé au microscope sans endommager la membrane. Des chercheurs de l'Université de Münster (Allemagne) ont maintenant développé une méthode pour contourner ces difficultés. Ils ont synthétisé un nouveau composé aux propriétés similaires à celles du cholestérol, mais qui peut être marqué avec des colorants et visualisé dans des cellules vivantes. Là, le composé imite de façon réaliste le comportement du cholestérol naturel.

"Notre nouvelle approche offre un potentiel énorme pour l'imagerie de la dynamique membranaire dans les cellules vivantes, " dit le professeur Volker Gerke, l'un des chefs de file de l'étude. Le travail est le résultat d'une étude interdisciplinaire impliquant des chimistes organiques, biochimistes et biophysiciens. L'étude apparaît dans le numéro actuel de la revue Biologie Chimique Cellulaire .

Les cellules du corps sont enfermées dans une sorte d'enveloppe protectrice, la membrane plasmique, qui sépare la cellule de son environnement. Les cellules contiennent également des membranes internes séparant les composants individuels les uns des autres et régulent le mouvement des substances entre les différents espaces internes. Cholestérol, une substance grasse, est un composant important des membranes assurant leur bon fonctionnement.

Afin de générer des substances qui se comportent de manière similaire au cholestérol naturel, les chimistes organiques dirigés par le professeur Frank Glorius ont d'abord synthétisé une série de composés chimiques. Comme substance de départ, ils ont utilisé du cholestérol naturel, qui s'est transformé en un certain sel organique, un sel d'imidazolium. "Nous savions déjà par des études précédentes que ces sels interagissent bien avec les biomolécules et sont donc adaptés aux expériences cellulaires, " dit Frank Glorius, qui a également dirigé l'étude.

Afin de comparer les propriétés biophysiques des composés nouvellement synthétisés avec celles du cholestérol naturel, les chercheurs ont incorporé les substances à des membranes modèles synthétiques constituées de phospholipides (ces phospholipides constituent le composant principal des membranes). Les biochimistes et biophysiciens du groupe du Prof. Dr. Hans-Joachim Galla ont mesuré comment les nouvelles substances affectaient la température de transition de phase des membranes modèles, et comment ils ont modifié la fluidité de la couche de phospholipides à différentes températures. "Après avoir évalué les données, nous nous sommes finalement arrêtés sur trois composés qui présentaient des propriétés très similaires à celles du cholestérol naturel, " dit Lena Rakers, un doctorat étudiant en chimie organique et l'un des deux premiers auteurs de l'étude.

Les chercheurs ont sélectionné ces composés afin de les examiner dans des membranes cellulaires vivantes, les étudiant ainsi dans des structures encore plus complexes. Dans ce but, ils ont utilisé des cultures de cellules épithéliales humaines - des cellules HeLa - ainsi que des cellules de vaisseaux sanguins humains, Cellules HUVEC. En raison de leur structure, les substances nouvellement synthétisées s'intègrent bien dans les membranes cellulaires. A l'aide de la spectrométrie de masse de surface, les chercheurs ont mesuré les molécules dans la membrane et ont pu montrer que les composés se comportaient de manière très similaire au cholestérol naturel dans les cellules vivantes, trop.

En raison de sa structure, l'une des nouvelles substances pourrait être marquée avec des colorants fluorescents. À cette fin, les chercheurs ont attaché un groupe azoture sur la substance. Ils ont ensuite lié les colorants à ce groupe azoture à l'aide de la chimie du clic, une méthode efficace permettant de joindre des composants moléculaires sur la base de quelques réactions chimiques. Finalement, les biochimistes ont visualisé la substance dans des cellules vivantes en utilisant la microscopie confocale à haute résolution. De cette façon, ils ont pu observer sa distribution et ses changements dynamiques. "Ces analyses ont également montré que le nouveau composé se comportait de manière analogue au cholestérol cellulaire, " dit David Grill, un doctorat étudiant en biochimie et l'autre premier auteur de l'étude. Un grand avantage de la nouvelle méthode est que pendant tout le processus, les composants et les propriétés de la membrane cellulaire sont restés intacts.

À l'avenir, les chercheurs souhaitent continuer à développer leur méthode et tester les nouvelles substances dans d'autres études cellulaires à l'aide de méthodes d'imagerie microscopique. L'un de leurs objectifs est d'utiliser la chimie du clic pour attacher des colorants fluorescents et d'autres molécules aux nouveaux composés afin d'introduire des changements sélectifs dans la membrane.