Les processus cellulaires sur les membranes sont souvent rapides et de courte durée. Les molécules s'assemblent brièvement, séparer à nouveau, interagir avec différents partenaires et se déplacer le long ou à travers la membrane. Il est donc important d'étudier non seulement des instantanés statiques de ces processus, mais aussi de comprendre leur dynamique. Mais comment y parvenir méthodiquement ? Petra Schwille du Max Planck Institute of Biochemistry et Nikolas Hundt de l'Université Ludwig Maximilians avec leur équipe ont développé la méthode Mass-Sensitive Particle Tracking—MSPT, qui permet d'analyser des protéines lors de processus dynamiques sur membranes.

Le point de départ pour les biophysiciens était les récents progrès de la photométrie de masse, qui pourrait déjà être utilisé pour déterminer la masse moléculaire de molécules non marquées en solution. La nouveauté du MSPT est que la dynamique des protéines associées à la membrane peut désormais être suivie dans leur environnement biologiquement plausible. Dans ce processus, les protéines individuelles sont identifiées par leur masse moléculaire sans avoir besoin de marquage. Frederik Steiert, l'un des premiers auteurs de la publication, dit :« Nous pouvons maintenant suivre directement sur les membranes biologiques la masse des protéines individuelles, comment ils se déplacent et comment ils interagissent. Cela nous permet d'étudier plus en détail la dynamique des systèmes biologiques. » L'analyse des processus dynamiques est particulièrement importante en biologie, car de nombreux processus au niveau de la membrane sont transitoires.

Détermination de la masse par diffusion de la lumière

Sur quels principes repose la nouvelle méthode ? Quand la lumière frappe une particule, la lumière est diffusée. L'intensité de la lumière diffusée dépend de la masse de la particule. Des vidéos dans lesquelles des protéines individuelles sur des membranes sont rendues directement visibles sont enregistrées au microscope. A l'aide d'un logiciel d'analyse, ces protéines peuvent être suivies et leur signal de diffusion, et donc leur masse, peut être déterminé. Ceci est actuellement possible pour les protéines d'un poids moléculaire d'au moins 50 kDa, c'est-à-dire pour une grande partie de toutes les protéines connues. Un autre avantage de la nouvelle méthode MSPT est que les protéines n'ont pas besoin d'être marquées. L'étiquetage peut être réalisé, par exemple, en attachant des marqueurs fluorescents aux molécules. Cependant, le marquage présente le risque que les protéines puissent être altérées dans leur fonction ou que les marqueurs fluorescents puissent blanchir pendant l'expérience. En utilisant MSPT, en revanche, les problèmes méthodologiques pouvant découler de l'étiquetage sont évités.

Système de protéines MinDE

Démontrer le potentiel de la méthode pour les questions biologiques, les biophysiciens ont utilisé un système établi du laboratoire de Schwille :le système protéique MinDE de la bactérie Escherichia coli (E. coli). Les protéines MinD et MinE sont impliquées dans la division cellulaire d'E. coli. Tamara Heermann, un autre premier auteur, dit :"La méthode nous permet de caractériser les propriétés des systèmes dynamiques qui n'étaient pas mesurables auparavant. Cela nous a permis non seulement de vérifier les résultats établis sur le système Min, mais aussi pour acquérir de nouvelles connaissances." En utilisant MSPT, l'équipe a pu montrer que les complexes de protéines MinD sont plus gros qu'on ne le pensait initialement. En outre, les expériences fournissent des premières informations sur le fait que MinE peut agir comme un élément de connexion pour les protéines MinD et qu'il peut ainsi initier la libération membranaire de complexes plus importants.

Comme indiqué dans le nouveau document de Méthodes naturelles , MSPT fournit des informations précieuses pour élucider les processus dynamiques au niveau des membranes biologiques. Cependant, les chercheurs travaillent en permanence à l'amélioration de la méthode encore plus loin. À l'avenir, la méthode devrait également être applicable aux protéines membranaires intégrales et devrait permettre la détection de protéines encore plus petites.