Des capteurs fabriqués à partir de molécules d'ADN personnalisées pourraient être utilisés pour personnaliser les traitements contre le cancer et surveiller la qualité des cellules souches, selon une équipe internationale de chercheurs dirigée par des scientifiques de l'UC Santa Barbara et de l'Université de Rome Tor Vergata.

Les nouveaux nanocapteurs peuvent détecter rapidement une large classe de protéines appelées facteurs de transcription, qui servent de commutateurs de contrôle principaux de la vie. La recherche est décrite dans un article publié dans Journal de la société chimique américaine .

"Le destin de nos cellules est contrôlé par des milliers de protéines différentes, appelés facteurs de transcription, " a déclaré Alexis Vallée-Bélisle, chercheur postdoctoral au Département de Chimie et Biochimie de l'UCSB, qui a dirigé l'étude. « Le rôle de ces protéines est de lire le génome et de le traduire en instructions pour la synthèse des différentes molécules qui composent et contrôlent la cellule. Les facteurs de transcription agissent un peu comme les 'réglages' de nos cellules, tout comme les paramètres de nos téléphones ou ordinateurs. Ce que font nos capteurs, c'est lire ces paramètres."

Lorsque les scientifiques prennent des cellules souches et les transforment en cellules spécialisées, ils le font en modifiant les niveaux de quelques facteurs de transcription, il expliqua. Ce processus est appelé reprogrammation cellulaire. "Nos capteurs surveillent les activités des facteurs de transcription, et pourrait être utilisé pour s'assurer que les cellules souches ont été correctement reprogrammées, " a déclaré Vallée-Bélisle. " Ils pourraient également être utilisés pour déterminer quels facteurs de transcription sont activés ou réprimés dans les cellules cancéreuses d'un patient, permettant ainsi aux médecins d'utiliser la bonne combinaison de médicaments pour chaque patient."

Andrew Bonham, chercheur postdoctoral à l'UCSB et co-premier auteur de l'étude, a expliqué que de nombreux laboratoires ont inventé des moyens de lire les facteurs de transcription ; cependant, l'approche de cette équipe est très rapide et pratique. « Dans la plupart des laboratoires, les chercheurs passent des heures à extraire les protéines des cellules avant de les analyser, " dit Bonham. " Avec les nouveaux capteurs, on écrase juste les cellules, mettre les capteurs, et mesurer le niveau de fluorescence de l'échantillon."

Cet effort de recherche international –– organisé par les auteurs principaux Kevin Plaxco, professeur au département de chimie et biochimie de l'UCSB, et Francesco Ricci, professeur à l'Université de Rome, Tor Vergata –– a commencé lorsque Ricci a réalisé que toutes les informations nécessaires pour détecter les activités des facteurs de transcription sont déjà cryptées dans le génome humain, et pourrait être utilisé pour construire des capteurs. "Dès l'activation, ces milliers de facteurs de transcription différents se lient à leur propre séquence d'ADN cible spécifique, " a déclaré Ricci. "Nous utilisons ces séquences comme point de départ pour construire nos nouveaux nanocapteurs."

La percée clé sous-jacente à cette nouvelle technologie est venue des études des biocapteurs naturels à l'intérieur des cellules. "Toutes les créatures, des bactéries aux humains, surveiller leur environnement à l'aide de « commutateurs biomoléculaires » –– des molécules à changement de forme à base d'ARN ou de protéines, " a déclaré Plaxco. " Par exemple, dans nos sinus, il existe des millions de protéines réceptrices qui détectent différentes molécules olfactives en passant d'un « état désactivé » à un « état activé ». La beauté de ces interrupteurs est qu'ils sont suffisamment petits pour fonctionner à l'intérieur d'une cellule, et suffisamment spécifique pour travailler dans les environnements très complexes qui s'y trouvent."

Inspiré par l'efficacité de ces nanocapteurs naturels, le groupe de recherche s'est associé à Norbert Reich, également professeur au département de chimie et biochimie de l'UCSB, construire des nanocapteurs synthétiques à commutation utilisant l'ADN, plutôt que des protéines ou de l'ARN.

Spécifiquement, l'équipe a repensé trois séquences d'ADN naturelles, chacun reconnaissant un facteur de transcription différent, en commutateurs moléculaires qui deviennent fluorescents lorsqu'ils se lient à leurs cibles prévues. Grâce à ces capteurs à l'échelle nanométrique, les chercheurs ont pu déterminer l'activité des facteurs de transcription directement dans des extraits cellulaires en mesurant simplement leur niveau de fluorescence.

Les chercheurs pensent que cette stratégie permettra à terme aux biologistes de surveiller l'activation de milliers de facteurs de transcription, menant à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à la division et au développement cellulaires. « Alternativement, puisque ces nanocapteurs fonctionnent directement dans les échantillons biologiques, nous pensons également qu'ils pourraient être utilisés pour dépister et tester de nouveaux médicaments qui pourraient, par exemple, inhiber l'activité de liaison au facteur de transcription responsable de la croissance des cellules tumorales, " a déclaré Plaxco.