Les cellules doivent réagir aux changements environnementaux et maintenir un système équilibré de cascades de signalisation au sein de la cellule. Protéines en dehors de la cellule, à la surface cellulaire, à l'intérieur de la membrane cellulaire, et au sein de la cellule orchestrer de nombreuses voies de signalisation affinées, qui entraînent des réactions aux conditions environnementales ou des changements dans l'organisme lui-même. L'organisation spatio-temporelle des processus cellulaires comme la signalisation cellulaire, la polarisation cellulaire et l'excroissance des neurites sont souvent régulées par la distribution subcellulaire de molécules ou d'organites.

Les protéines individuelles peuvent remplir des fonctions distinctes lorsqu'elles sont situées à différents emplacements subcellulaires. Un exemple est la protéine Rac1, qui contrôle la forme du squelette de la cellule au niveau de la membrane plasmique intracellulaire, mais quand il se localise dans le noyau, il régule la morphologie nucléaire. La navette nucléocytoplasmique de Rac1 joue un rôle important dans l'invasion tumorale. Dans les neurones, le transport bidirectionnel le long des microtubules axonaux joue un rôle essentiel dans la bonne distribution subcellulaire des organites. Sa dérégulation est impliquée dans les maladies neurodégénératives. Cependant, l'analyse de processus complexes impliquant le cyclage, le trafic ou la navette des molécules signal/organites entre les compartiments cellulaires reste un défi majeur.

Le groupe de Yaowen Wu, professeur au département de chimie de l'université d'Umeå, a maintenant développé une nouvelle technologie appelée contrôle d'activité multidirectionnel (MAC), ce qui rend possible des études en direct des processus de signalisation cellulaire. Les chercheurs sont des pionniers dans le développement de méthodes d'observation en temps réel des mécanismes cellulaires dans des conditions contrôlées. Ils ont utilisé un photoactivable, système de dimérisation induite chimiquement (pdCID) pour contrôler le positionnement des organites et des protéines à plusieurs endroits dans une seule cellule. Ce système combine deux réactions chimiques qui forment des dimères de protéines dans une seule cellule. L'un d'eux pouvait être contrôlé par la lumière.

"Nous avons montré que notre système de dimérisation photoactivable et induite chimiquement pouvait être utilisé pour contrôler la fonction des organites cellulaires et des voies de signalisation cellulaire dans une seule cellule à un niveau affiné et multicouche, ce qui n'était pas possible avec les méthodes existantes auparavant. Nous avons combiné deux systèmes modulaires de manière parallèle ou compétitive pour permettre un contrôle multidirectionnel de l'activité des protéines ou des organites par de petites molécules et de la lumière, " dit Yaowen Wu, qui vient d'installer son nouveau laboratoire dans le nord de la Suède.

Le groupe de recherche a également démontré que la nouvelle technologie permet une induction et des observations très rapides de différentes réactions cellulaires, et permet de nouvelles études de perturbation qui n'étaient pas possibles avec les approches génétiques traditionnelles.

En utilisant cette méthode, les scientifiques ont opéré plusieurs cycles de navette Rac1 parmi le cytosol, membrane plasmique et noyau dans une seule cellule. Ils pourraient contrôler le transport des peroxysomes (un organite cellulaire impliqué dans l'oxydation des molécules) dans deux directions, c'est-à-dire vers la périphérie cellulaire puis vers le corps cellulaire, et vice versa. C'est comme jouer au billard dans la cellule, mais à l'échelle micrométrique.

L'approche MAC pourrait également être utilisée pour émuler ou interférer avec des conditions pathologiques impliquant le positionnement des protéines/organites afin d'étudier les mécanismes pathogènes, et finalement aider au développement de leur intervention thérapeutique. L'étude est publiée dans Angewandte Chemie .