Pour garder une cellule en vie, les protéines motrices moléculaires transportent en permanence les éléments constitutifs et les déchets à travers la cellule, le long de son réseau de biopolymères. En raison de la densité élevée de ces protéines, on pense que les effets de brouillage affectent ce transport, tout comme les embouteillages affectent le trafic routier. Cependant, on ne sait pas grand-chose de ces effets d'encombrement dans le trafic cellulaire. Des chercheurs des groupes d'Erwin Peterman et Peter Schall du LaserLaB (VU) et de l'Institut de physique (UvA) ont maintenant trouvé un moyen de visualiser et de mesurer directement ces effets de brouillage dans le trafic cellulaire. leurs résultats, qui ont été publiés dans Examen physique X cette semaine, donner un nouvel aperçu des interactions motrices dans le transport moteur moléculaire encombré. Ce projet est financé par le programme Complexity de NWO.
Les cellules vivantes nécessitent un transport constant de nutriments et de déchets. Ceci est réalisé par des protéines motrices moléculaires qui transportent des organites et d'autres éléments constitutifs le long du réseau de biopolymères du cytosquelette, qui s'étend sur le volume de la cellule. Le mécanisme de marche des moteurs individuels a été largement étudié :Kinesin-1, par exemple, un représentant important de la famille des protéines Kinesin, se déplace par la suite, pas à pas de deux domaines moteurs par pas bien définis de 8 nanomètres. Ce qui n'est pas encore clair, c'est comment les moteurs marchent et interagissent collectivement. En raison de leur densité de population, les effets d'encombrement pourraient affecter de manière cruciale le transport à travers la cellule, mais jusqu'à présent, ces effets n'étaient pas accessibles dans le régime densément peuplé.
Mesures de vitesse
Les chercheurs de l'UvA et de la VU ont aujourd'hui fait des progrès significatifs sur cette question en combinant une nouvelle technique d'imagerie par corrélation avec la modélisation physique. Comme dans les études précédentes, ils ont utilisé des moteurs marqués par fluorescence dans des conditions bien définies sur des microtubules - composants du cytosquelette de la cellule - assemblés sur une lame de verre. En corrélant les points d'images en mouvement des protéines motrices fluorescentes dans l'espace et le temps, les chercheurs ont pu pour la première fois mesurer leur vitesse et leur longueur le long du filament à des densités élevées.
Ces mesures ont révélé un ralentissement remarquable des moteurs à mesure que la densité augmentait, démontrant la formation d'embouteillages. Ces embouteillages se sont directement confirmés dans les traces observées des moteurs. Par ailleurs, les chercheurs ont montré que ces embouteillages étaient bien décrits par des modèles de transport simples, dans lequel les protéines motrices sont modélisées par des particules dures qui s'empilent au fur et à mesure qu'elles se croisent. Étonnamment cependant, les différentes espèces motrices ont montré des longueurs très différentes sur lesquelles elles interagissent :de leur taille physique supposée dans le modèle simple, jusqu'à une distance 30 fois plus grande que cette taille.
Bien que clarifier le mécanisme derrière cette interaction à longue distance reste un problème ouvert intrigant pour les recherches futures, les résultats actuels illustrent déjà les caractéristiques très différentes des moteurs. En savoir plus sur ces propriétés spécifiques aux protéines motrices pourrait aider à faire face, ou même supprimer les effets de brouillage dans le trafic cellulaire. Par exemple, il est bien connu que, dans des maladies comme la maladie d'Alzheimer, le transport neuronal est gravement entravé, entraînant des accumulations locales de protéines motrices et de leurs cargaisons, qui pourrait jouer un rôle dans la neurodégénérescence.
