Mouvement du corps, des muscles de vos bras aux neurones transportant ces signaux vers votre cerveau, repose sur une collection massive de protéines appelées moteurs moléculaires.

Fondamentalement, les moteurs moléculaires sont des protéines qui convertissent l'énergie chimique en mouvement mécanique, et ont des fonctions différentes selon leur tâche. Cependant, parce qu'ils sont si petits, les mécanismes exacts par lesquels ces molécules se coordonnent entre elles sont mal compris.

Publication dans Avancées scientifiques , L'École d'ingénierie de l'Université de Kyoto a découvert que deux types de moteurs moléculaires à kinésine ont des propriétés de coordination différentes. En collaboration avec l'Institut national des technologies de l'information et de la communication, ou NTIC, les découvertes ont été rendues possibles grâce à un nouvel outil que l'équipe a développé qui gare les moteurs individuels sur des plates-formes des milliers de fois plus petites qu'une seule cellule.

"La kinésine est une protéine motrice impliquée dans des actions telles que la division cellulaire, contractions musculaires, et mouvement des flagelles. Ils se déplacent le long de ces longs filaments de protéines appelés microtubules, " explique le premier auteur Taikopaul Kaneko. " Dans le corps, les kinésines travaillent en équipe pour transporter de grosses molécules à l'intérieur d'une cellule, ou laisser la cellule elle-même se déplacer.

Pour observer de près la coordination, l'équipe a construit un dispositif composé d'un réseau de nano-piliers en or de 50 nanomètres de diamètre et espacés de 200 à 1000 nanomètres. Pour référence, une cellule de la peau mesure environ 30 micromètres, ou 30, 000 nanomètres, en diamètre.

"Nous avons ensuite combiné cette matrice avec des monocouches auto-assemblées, ou SAM, qui a immobilisé une seule molécule de kinésine sur chaque nano-pilier, " poursuit Kaneko. " Cette méthode de 'nano-modelage' des protéines motrices nous permet de contrôler le nombre et l'espacement des kinésines, nous permettant de calculer avec précision comment ils transportent les microtubules."

L'équipe a évalué deux kinésines :la kinésine-1 et la kinésine-14, qui sont impliqués dans le transport intercellulaire et la division cellulaire, respectivement. Leurs résultats ont montré que dans le cas de la kinésine-1, ni le nombre ni l'espacement des molécules ne modifient la vitesse de transport des microtubules.

En revanche, la kinésine-14 diminuait la vitesse de transport à mesure que le nombre de moteurs sur un filament augmentait, mais augmentait à mesure que l'espacement des moteurs augmentait. Les résultats indiquent que bien que les molécules de kinésine-1 fonctionnent indépendamment, kinesin-14 interagit les uns avec les autres pour régler la vitesse de transport.

Ryuji Yokokawa qui dirigeait l'équipe a été surpris par les résultats, « Avant de commencer cette étude, nous pensions que plus de moteurs entraînaient un transport plus rapide et plus de force. Mais comme la plupart des choses en biologie, c'est rarement aussi simple."

L'équipe utilisera sa nouvelle méthode de nano-modélisation pour étudier la mécanique d'autres kinésines et différents moteurs moléculaires.

"Les humains ont plus de 40 kinésines ainsi que deux autres types de moteurs moléculaires appelés myosine et dynéine. Nous pouvons même modifier notre réseau pour étudier comment ces moteurs agissent dans un gradient de densité. Nos résultats et ce nouvel outil ne manqueront pas d'élargir notre compréhension de la divers processus cellulaires de base fondamentaux à toute vie, " conclut Yokokawa.