Les enzymes de division des protéines jouent un rôle important dans de nombreux processus physiologiques. De telles protéases sont généralement présentes dans un état inactif et ne sont activées que sous certaines conditions. Certaines sont liées à des maladies telles que des infections ou le cancer, d'où l'importance de disposer de méthodes capables de détecter sélectivement les protéases actives.
Dans un article publié dans la revue Angewandte Chemie International Edition , les scientifiques ont introduit une nouvelle classe de capteurs d'activité protéase :des nanoparticules d'or équipées d'ADN peptidique.
Dirigée par Devleena Samanta et Anna Capasso (Université du Texas à Austin, États-Unis), l'équipe a montré que ces nanosondes peuvent détecter plusieurs protéases actives en parallèle (mesure multiplexée). La méthode fonctionne à température ambiante et ne nécessite pas de préparation d'échantillon compliquée ni d'instruments élaborés.
Au cœur des nouvelles sondes se trouvent des nanoparticules d'or équipées de chaînes constituées d'un peptide et d'un fragment d'ADN. La structure peptidique est conçue pour être divisée par la protéase détectée. L'ADN agit comme un code-barres unique pour identifier le peptide et amplifie également le signal. Si la protéase souhaitée est présente sous sa forme active dans l’échantillon, le peptide la divise. Cela libère le code-barres ADN dans la solution, où il peut être détecté en fonction de sa séquence.
Pour réaliser cette détection, l'équipe utilise un test CRISPR/Cas12a :l'enzyme Cas12a se lie à un ARN guide (ARNg) pour former un complexe inactif. L'ARNg contient un segment qui se lie spécifiquement à l'ADN du code-barres. Cela active le Cas12a, de sorte qu'il puisse désormais "découper" l'ADN simple brin (ADNsb).
Pour le test, les chercheurs ajoutent des molécules d'ADN simple brin avec un groupe fluorescent (fluorophore) à une extrémité et un extincteur, qui "coupe" la fluorescence du fluorophore (à condition qu'ils soient suffisamment proches), à l'autre. Si l’ADNsb est coupé, le fluorophore et l’extincteur s’éloignent davantage. Il en résulte une forte fluorescence qui indique que la protéase testée est présente (limite de détection d'environ 58 pM).
Si aucun instrument n'est disponible sur place et que le test doit aller vite, la détection est possible à l'œil nu :si la protéase divise le peptide sur la sonde, la charge superficielle des nanoparticules d'or change et celles-ci s'agrègent. La couleur de ces « nanostructures plasmoniques » dépend fortement de leur degré d’agrégation. Il est possible de détecter des concentrations nanomolaires de protéase en fonction du changement de couleur dans la solution de test.
La détection multiplexée des protéases 3CL et caspase3 a permis à l'équipe de démontrer la haute sensibilité et la sélectivité de leur nouvelle méthode. Le 3CL est un marqueur d’une infection active à coronavirus et les patients atteints de COVID présentent souvent également une activité élevée du marqueur de l’apoptose, la caspase3. Le potentiel clinique de ce test a également été démontré par la détection de la cathepsine B, une protéase liée au cancer colorectal, dans trois lignées de cellules tumorales différentes obtenues auprès de patients.
Ces nanosondes produisent des signaux de fluorescence 100 fois plus élevés que les capteurs de protéase commerciaux basés sur la fluorescence. De plus, pratiquement n’importe quelle protéase peut être détectée si le peptide qu’elle divise est connu. Ensemble, ces nanosondes peuvent potentiellement permettre une détection précoce des maladies et améliorer la précision et la fiabilité des tests de diagnostic grâce au multiplexage.
Plus d'informations : Subrata Pandit et al, Nanostructures plasmoniques codées par ADN pour la détection de protéase basée sur l'activité, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI :10.1002/anie.202310964
Informations sur le journal : Angewandte Chemie International Edition
Fourni par Wiley
