Lors de la division cellulaire, un anneau se forme autour de l'équateur cellulaire, qui se contracte pour diviser la cellule en deux cellules filles. En collaboration avec des chercheurs de Heidelberg, Dresde, Tübingen et Harvard, le professeur Jan Kierfeld et Lukas Weise du département de physique de l'université TU de Dortmund ont réussi pour la première fois à synthétiser un tel anneau contractile à l'aide de la nanotechnologie de l'ADN et à découvrir son mécanisme de contraction. . Les résultats ont été publiés dans Nature Communications .

En biologie synthétique, les chercheurs tentent de recréer des mécanismes cruciaux de la vie in vitro, comme la division cellulaire. L’objectif est de pouvoir synthétiser un minimum de cellules. L'équipe de recherche dirigée par le professeur Kerstin Göpfrich de l'Université de Heidelberg a reproduit synthétiquement des anneaux contractiles pour la division cellulaire à l'aide d'anneaux polymères composés de nanotubes d'ADN.

La formation d'un anneau qui resserre et sépare les cellules en division est une étape importante dans la division cellulaire naturelle. Dans la nature, cela est réalisé par une machinerie de protéines :des protéines motrices alimentées par l’énergie chimique provenant de l’hydrolyse de l’ATP rassemblent un anneau de filaments de protéine actine. L'adénosine triphosphate, ou ATP, est une molécule présente dans toutes les cellules vivantes et fournit l'énergie nécessaire à de nombreux processus cellulaires.

Le mécanisme de contraction des anneaux d’ADN développé par les chercheurs ne repose plus sur des protéines motrices alimentées par l’hydrolyse de l’ATP. Au lieu de cela, l'attraction moléculaire entre les segments d'anneaux peut déclencher la contraction des anneaux polymères.

Cette attraction moléculaire peut être induite de deux manières :soit par réticulation de molécules avec deux extrémités « collantes » qui peuvent relier deux segments de polymère, soit par l'interaction de déplétion, où les polymères sont entourés de molécules « de foule » qui pressent les segments ensemble. . Ce mécanisme ne consomme aucune énergie chimique, ce qui signifie qu'aucune source d'énergie ne doit être incorporée dans la cellule synthétique pour que le mécanisme fonctionne.

Le professeur Jan Kierfeld, professeur de physique théorique, et le doctorant Lukas Weise travaillent dans le domaine de la physique biologique. Dans le cadre de leurs travaux de recherche, ils ont développé une description théorique et une simulation de dynamique moléculaire du mécanisme de contraction, qui correspondent aux résultats expérimentaux de leurs partenaires de recherche.

À cette fin, ils ont mis au point des méthodes spéciales permettant de simuler les anneaux d’ADN à une échelle réaliste. La théorie et la simulation permettent d'expliquer quantitativement comment les anneaux polymères se forment et se contractent.

"Cela signifie que nous sommes en mesure non seulement de prédire qu'une concentration accrue de molécules" encombrées "réduira l'anneau plus petit, mais également de combien", explique le professeur Kierfeld. De cette façon, il est possible de déterminer comment le diamètre de l'anneau d'ADN peut être contrôlé avec précision, ce qui est très important pour les futures applications des anneaux contractiles en biologie synthétique.

Les mécanismes de division cellulaire constituent une étape importante vers une cellule artificielle, dont la construction facilite une meilleure compréhension des mécanismes fonctionnels des cellules naturelles et, ainsi, des fondements de la vie.

Plus d'informations : Maja Illig et al, Contraction déclenchée d'anneaux de nanotubes d'ADN auto-assemblés à l'échelle micronique, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-024-46339-z

Informations sur le journal : Communications naturelles

Fourni par l'Université TU de Dortmund