Les chercheurs qui ont développé une forme à grande vitesse de microscopie à force atomique ont montré comment imager les propriétés physiques de cellules cancéreuses du sein vivantes, pour la première fois révélant des détails sur la façon dont la désactivation d'une protéine clé peut conduire à des métastases.

Les nouvelles découvertes fournissent également des preuves des mécanismes impliqués dans la réponse d'une cellule aux médicaments anticancéreux, dit Arvind Raman, Professeur Robert V. Adams de génie mécanique de l'Université Purdue.

En microscopie à force atomique (AFM), une minuscule sonde vibrante appelée cantilever passe sur un matériau, caractérisant précisément sa topographie et ses propriétés physiques. Cependant, jusqu'à présent, la procédure était trop lente pour enregistrer certains processus biologiques changeant rapidement en action.

"Avant cette avancée, vous ne pouviez voir que l'avant et l'après, mais pas ce qui s'est passé entre les deux, la dynamique de l'événement, " Raman a déclaré. " Il existe des preuves basées sur ce travail et nos conclusions précédentes qu'il pourrait y avoir une signature mécanique à la résistance aux médicaments. "

Les modèles avancés permettent aux chercheurs de convertir les données AFM en propriétés sur l'échafaudage interne de la cellule, appelé cytosquelette d'actine corticale, y compris le mouvement des fibres appelées actine.

Les résultats sont détaillés dans un article paru lundi (29 juin) dans le journal de recherche Rapports scientifiques , la revue en libre accès du Nature Publishing Group. Les chercheurs ont utilisé la technique pour étudier les cellules cancéreuses du sein, sonder une enzyme clé appelée rate tyrosine kinase, ou Syk.

Les kinases provoquent la phosphorylation des protéines, un processus biochimique qui peut altérer les enzymes et joue un rôle important dans un large éventail de processus cellulaires.

"Donc, si vous éteignez la kinase, les protéines seront déphosphorylées et des changements pourraient alors se produire, " a déclaré Robert L. Geahlen, Professeur émérite de chimie médicinale à Purdue. "Nous avons pu montrer que la désactivation de cette kinase modifie très rapidement les propriétés physiques de la cellule. C'est donc sans aucun doute dû aux événements de phosphorylation qui ont des effets immédiats sur les protéines du cytosquelette."

L'article a été rédigé par l'ancien doctorant Alexander X. Cartagena-Rivera, maintenant boursier postdoctoral à l'Institut national sur la surdité et autres troubles de la communication des National Institutes of Health (NIDCD); Wen-Horng Wang, associé de recherche postdoctoral de Purdue; Geahlen; et Raman.

Les chercheurs ont étudié des cellules cancéreuses du sein exposées à un "inhibiteur" chimique qui bloque le fonctionnement de Syk, laissant les cellules libres de métastaser. En raison du nouvel AFM à plus grande vitesse, les chercheurs ont pour la première fois pu observer ce qui se passe lorsque l'inhibiteur est ajouté.

Après avoir ajouté l'inhibiteur, les bandes d'actine se propagent à travers la cellule, provoquant le changement de forme de la cellule.

"Cela prend environ 10 minutes, ce qui est assez rapide par rapport à de nombreux processus biologiques, " dit Raman.

Les images peuvent être prises à une vitesse d'environ 50 secondes par image.

"Avant de faire cela, il fallait environ 15 à 20 minutes pour prendre une image, qui est trop lent pour observer ce processus de transition, " il a dit.

Il a été montré que des bandes d'actine se déplacent dans un mouvement de balayage à travers la cellule.

"Vous considérez l'actine comme un échafaudage, mais c'est un échafaudage dynamique, " a déclaré Raman. " Nous pouvons voir des bandes d'actine qui circulent et changent les propriétés physiques pendant la transition, ce qui n'était pas compris auparavant."

Lorsque Syk est manquant ou désactivé, les cellules cancéreuses du sein subissent un processus appelé EMT, ou transition épithéliale-mésenchymateuse, causing them to become highly motile and to undergo metastasis.

"If this kinase is in the cells, the cells cannot metastasize, so we've been trying to figure out what the mechanisms are by which you have to get rid of this kinase in order to become highly motile and metastatic, " said Geahlen, who is affiliated with the Purdue Center for Cancer Research. "And that's one of the reasons we were looking at this particular type of cancer cell with this particular form of Syk in it."

One goal of the research is to correlate physical properties of cells with tumor suppression and the action of the kinase on the cell.

The advance in AFM technology was accomplished by two innovations:as the cantilever scans a cell it bends differently depending on the properties of the material being scanned. A laser measures this "deflection, " and models convert the data to reveal information about the material's composition. Previous applications of AFM microscopy to study live cells provided feedback on the amplitude and frequency of the vibrating cantilever, but not the deflection. Cependant, that approach takes too long to provide images of the quickly changing processes inside living cells. Providing feedback on the deflection instead has now been shown to increase the imaging speed 10-fold, making the method practical for studying cellular processes.

The other innovation is a technique that enables the cantilever to vibrate at two frequencies simultaneously.

"In one scan we can map the local physical properties of the cell, and we can do it fast enough that we compile maps of the changing cell, " dit Raman.