À l'aide d'un nouvel outil d'optogénétique, les chercheurs ont réussi à contrôler, reproduit et visualisé les signaux des récepteurs de la sérotonine dans les cellules neurales. À cette fin, ils ont modifié un récepteur membranaire photosensible dans l'œil, à savoir la mélanopsine. Par conséquent, ils ont pu allumer et éteindre le récepteur à l'aide de la lumière ; il agissait également comme un capteur indiquant par fluorescence si des voies de signalisation spécifiques dans la cellule avaient été activées.

Le capteur était, de plus, spécifiquement conçu pour migrer vers les domaines des cellules neurales sensibles au neurotransmetteur sérotonine. L'équipe de la Ruhr-Universität Bochum, dirigé par Dennis Eickelbeck et le professeur Stefan Herlitze, décrit son projet dans la revue Nature Communications Biologie le 14 février 2019.

Activer les voies de signalisation avec la lumière

La mélanospine est un récepteur couplé aux protéines G capable de contrôler des voies de signalisation spécifiques dans les cellules. Dans des études antérieures, l'équipe du département de zoologie générale et de neurobiologie de Bochum avait déployé le récepteur comme outil optogénétique. Ayant modifié le récepteur, les biologistes ont pu l'allumer avec de la lumière bleue et l'éteindre avec de la lumière jaune. Ainsi, ils pourraient activer diverses voies de signalisation couplées aux protéines G dans les cellules neurales en utilisant la lumière.

Dans leur étude actuelle, les chercheurs ont optimisé l'outil et l'ont transformé en un capteur qui indique si une voie de signalisation couplée aux protéines G a été activée. L'astuce :une fois qu'une telle voie de signalisation est activée, la concentration d'ions calcium dans la cellule augmente. Les chercheurs ont fusionné la mélanopsine avec une protéine indicatrice de calcium, dont l'intensité de fluorescence augmente suite à une augmentation de la concentration en calcium dans la cellule. Le feu vert indiquait ainsi qu'une voie de signalisation couplée aux protéines G avait été activée.

Double code couleur

Ensuite, les biologistes ont ajouté deux fonctions supplémentaires à leur capteur, c'est-à-dire le capteur local de calcium-mélanopsine, Camello pour faire court. Ils ont intégré une seconde protéine fluorescente qui émet en permanence une fluorescence rouge.

Surveillance du feu rouge, ils ont pu localiser le capteur dans les cellules, peu importe si une voie de signalisation a été activée ou non. Un voyant rouge indiquait ainsi que le capteur Camello était présent, alors qu'un feu vert supplémentaire a montré qu'il avait activé les voies de signalisation.

Trafic de récepteurs dans des domaines spécifiques

Finalement, les chercheurs ont ajouté un fragment d'un récepteur de la sérotonine à Camello. Par conséquent, le capteur a été acheminé vers les domaines de la cellule où les récepteurs de la sérotonine se produisent naturellement.

"Comme la sérotonine est impliquée dans de nombreux processus du système nerveux central, il joue également un rôle important dans de nombreux troubles, comme la dépression, schizophrénie, anxiété et migraine. Nous espérons que, en facilitant la recherche détaillée sur le transport, localisation et activité des récepteurs pertinents, notre outil nous aidera à comprendre les mécanismes sous-jacents à ces maladies, " dit Dennis Eickelbeck.