Une nouvelle sonde synthétique offre une approche sûre et simple pour visualiser les extrémités des chromosomes dans les cellules vivantes. La sonde a été conçue par des scientifiques de l'Institute for Integrated Cell-Material Science (iCeMS) et des collègues de l'Université de Kyoto, et pourrait faire avancer la recherche sur le vieillissement et un large éventail de maladies, y compris les cancers. Les détails ont été publiés dans le Journal de l'American Chemical Society .

"Les extrémités chromosomiques sont constamment à risque de dégradation et de fusion, ils sont donc protégés par des structures appelées télomères, qui sont constitués de longues séquences d'ADN répétitives et de protéines liées, " déclare Hiroshi Sugiyama, biologiste chimiste de l'iCeMS, qui a dirigé l'étude. « En cas de dysfonctionnement des télomères, ils sont incapables de maintenir la stabilité chromosomique, qui peuvent conduire à des maladies telles que le cancer. Aussi, les télomères raccourcissent normalement à chaque division cellulaire jusqu'à ce qu'ils atteignent leur limite, causant la mort cellulaire."

Visualiser les télomères, en particulier leurs dispositions physiques en temps réel, est important pour comprendre leur pertinence vis-à-vis de la maladie et du vieillissement. Plusieurs approches de visualisation existent déjà, mais ils ont des inconvénients. Par exemple, certains ne peuvent observer des télomères qu'en préservé, ou fixe, cellules. D'autres prennent du temps ou impliquent des traitements sévères qui dénaturent l'ADN.

Sugiyama et ses collègues ont surmonté ces problèmes en utilisant une sonde synthétique pyrrole-imidazole polyamide (PIP) qui peut délivrer avec précision un composé fluorescent aux télomères sur les extrémités des chromosomes.

"Les PIP sont une classe de petites molécules fabriquées à partir de molécules de pyrrole et d'imidazole qui peuvent être préprogrammées pour se lier à une séquence d'ADN sélectionnée, " explique Yutaro Tsubono, le premier auteur de cette étude.

L'équipe a conçu un PIP qui cible la séquence répétitive d'ADN trouvée dans les télomères. Un composé fluorescent, appelé silicium-rhodamine, était rattaché au PIP. L'enquête, appelé SiR-TTet59B, se lie aux télomères des cellules vivantes. Lorsque la lumière proche infrarouge de faible intensité est projetée sur les cellules, le silicium-rhodamine est fluorescent, montrant les télomères en action.

"Notre étude sur ce programmable, la sonde proche infrarouge crée des opportunités d'utilisation de ces molécules dans des applications biologiques et médicales, " dit le bio-ingénieur iCeMS Ganesh Pandian Namasivayam.

L'équipe a utilisé sa sonde pour observer la dynamique des télomères au cours des différentes phases de la division cellulaire et pour mesurer la longueur des télomères en mesurant l'intensité de fluorescence. Pouvoir visualiser la longueur des télomères était à la fois surprenant et excitant, dit Namasivayam, car il peut être développé pour créer une approche efficace et robuste pour détecter un raccourcissement sévère des télomères dans les maladies, comme la dégénérescence rétinienne liée à l'âge, avec une lumière basse consommation.

Étant donné que les PIP peuvent être conçus pour cibler n'importe quelle séquence d'ADN du génome en modifiant leur disposition, les scientifiques prévoient que l'approche peut être adaptée pour fabriquer des sondes fluorescentes dans le proche infrarouge pour visualiser d'autres séquences d'ADN importantes liées à la maladie.