Dans les cellules vivantes, un grand nombre d’événements transitoires se produisent simultanément, chacun étant important pour une cellule donnée dans l’accomplissement de sa fonction. L'enregistrement fidèle de ces activités transitoires est une condition préalable à la compréhension moléculaire de la vie, mais l'obtention de tels enregistrements est extrêmement difficile.
Les scientifiques de l'Institut Max Planck de recherche médicale à Heidelberg et leurs partenaires de collaboration ont créé une nouvelle technologie qui permet d'enregistrer les événements cellulaires par marquage chimique avec des colorants fluorescents pour une analyse ultérieure, ouvrant ainsi des voies complètement nouvelles pour étudier la physiologie cellulaire. La nouvelle méthode a maintenant été publiée dans Science .
L'enregistrement d'événements cellulaires transitoires joue un rôle décisif dans l'examen et la compréhension des processus biologiques, mais il présente d'importants défis techniques. Une méthode d’enregistrement idéale observerait simultanément de grandes populations de cellules, fonctionnerait dans le tube à essai et chez les animaux vivants, et permettrait de récupérer et d’analyser les observations enregistrées ultérieurement. Jusqu'à présent, les méthodes répondant à ces critères ont fait largement défaut :une lacune que la nouvelle technologie pourrait désormais combler.
"Notre technologie est basée sur une protéine enregistreur qui est marquée de manière irréversible avec un colorant fluorescent lorsqu'un événement intéressant se produit à proximité", explique Magnus-Carsten Huppertz, chercheur postdoctoral au Département de biologie chimique du MPI pour la recherche médicale. "Cela permet aux scientifiques d'étudier un très grand nombre de cellules en parallèle, in vivo ou in vitro."
L'équipe, dirigée par Kai Johnsson et Julien Hiblot, a conçu des protéines qui sont marquées lorsqu'une activité cellulaire spécifique et un substrat fluorescent sont simultanément présents. Le lessivage et le lessivage du substrat définissent la période d'enregistrement, tandis que l'activité cellulaire détermine le degré de marquage. De plus, en utilisant des substrats distinctifs, différentes phases au cours d'une période d'activité peuvent être enregistrées.
Dans leurs études, ils ont construit des enregistreurs pour trois processus différents d'intérêt central :l'activation des récepteurs, les interactions protéine-protéine et les modifications des ions calcium (Ca 2+ ) concentration. Ce dernier a été utilisé pour étudier l'hétérogénéité du Ca 2+ changements dans les réseaux cellulaires dérivés du glioblastome, une tumeur cérébrale agressive.
En étroite collaboration avec les groupes de Lisa Fenk et Herwig Baier de l'Institut Max Planck pour l'intelligence biologique à Martinsried, les auteurs ont réussi à enregistrer des modèles d'activité neuronale chez les mouches et le poisson zèbre.
"En fin de compte, nous avons développé une plateforme d'enregistrement très polyvalente pour l'analyse parallèle de nombreux événements cellulaires transitoires simultanés in vitro et in vivo", conclut Jonas Wilhelm, chercheur postdoctoral dans le même département.
Le principal défi auquel les scientifiques ont été confrontés au cours de leurs travaux consistait à affiner la plate-forme d'enregistrement nouvellement développée afin de garantir sa robustesse et ses performances efficaces sur une gamme de systèmes de modèles biologiques. Pour explorer l'utilisation de cette nouvelle technologie dans diverses conditions, ils ont établi une variété d'arrangements expérimentaux composites.
"Nous sommes ravis de fournir de nouveaux outils moléculaires susceptibles de permettre de nouveaux types d'expériences et d'accélérer la recherche dans différents domaines tels que la neurobiologie et l'oncologie", déclarent Magnus-Carsten Huppertz et Jonas Wilhelm. "Nous avons eu la chance de pouvoir collaborer avec des scientifiques de différentes disciplines pour rendre cette nouvelle technologie possible."
Outre l'Institut Max Planck pour l'intelligence biologique, des scientifiques du Centre allemand de recherche sur le cancer (DKFZ), du Centre national des maladies tumorales (NCT), de l'Université de Heidelberg, du Janelia Research Campus, Virginie, États-Unis, et de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne ( EPFL), la Suisse a contribué aux travaux.
Plus d'informations : Magnus-Carsten Huppertz et al, Enregistrement de l'histoire physiologique des cellules avec marquage chimique, Science (2024). DOI :10.1126/science.adg0812
Fourni par Max-Planck-Institut für medizinische Forschung
