L’imagerie de cellules vivantes avec des protéines fluorescentes constitue depuis longtemps une technique cruciale pour comprendre le comportement cellulaire. Bien que les protéines bioluminescentes offrent plusieurs avantages par rapport aux protéines fluorescentes, la disponibilité limitée des variantes de couleur a rendu difficile l'observation simultanée de plusieurs cibles. Aujourd'hui, des chercheurs du SANKEN (Institut de recherche scientifique et industrielle) de l'Université d'Osaka ont développé une méthode révolutionnaire pour étendre la palette de couleurs de la protéine bioluminescente à 20 couleurs distinctes, permettant ainsi une imagerie multicolore simultanée avancée.
Les cellules sont les éléments fondamentaux de la vie. Comprendre leur fonctionnement est essentiel au progrès des sciences biologiques, de la médecine et de la découverte de médicaments. Les techniques de marquage optique permettent aux scientifiques d’observer le comportement cellulaire, de suivre le devenir des cellules et d’identifier les cellules présentant des caractéristiques spécifiques. Alors que les protéines fluorescentes sont largement utilisées à ces fins, les protéines bioluminescentes gagnent en popularité en raison de leurs avantages uniques.
La bioluminescence, l'émission naturelle de lumière par les organismes vivants, est alimentée par une réaction chimique catalysée par une enzyme, généralement une luciférase, agissant sur un substrat bioluminescent. Contrairement aux protéines fluorescentes, les protéines bioluminescentes ne nécessitent pas de lumière externe pour leur excitation, évitant ainsi des problèmes tels que la phototoxicité et la lumière de fond. Leur utilisation est toutefois limitée par le petit nombre de couleurs disponibles. Avoir des couleurs distinctes et facilement reconnaissables est essentiel pour suivre plusieurs cibles simultanément.
Auparavant, une série de cinq couleurs de marqueurs bioluminescents avait été créée en couplant l'une des luciférases les plus brillantes, NanoLuc, avec une protéine fluorescente. Cette technique exploite le transfert d’énergie à l’état excité du substrat vers la protéine fluorescente, modifiant ainsi la couleur de la bioluminescence. Bien qu'efficace, cette palette de cinq couleurs était insuffisante pour répondre à des besoins d'imagerie plus complexes. Les chercheurs de l’Université d’Osaka ont désormais relevé ce défi en élargissant la palette de couleurs bioluminescentes à 20, réalisant ainsi un bond en avant significatif dans la technologie d’imagerie multicolore.
Au lieu de fusionner NanoLuc avec une seule protéine fluorescente, nous l'avons fusionné avec deux. Cette approche nous a permis d'accéder à une gamme beaucoup plus large de couleurs de bioluminescence en affinant les combinaisons de protéines fluorescentes.
Mitsuru Hattori, auteur principal
Les chercheurs ont franchi une étape remarquable avec leurs nouveaux marqueurs de protéines bioluminescentes. Ils ont capturé une image unique d'un mélange de cellules exprimant les 20 protéines bioluminescentes, ont utilisé les marqueurs pour visualiser des composants subcellulaires distincts et ont même démontré leur capacité chez des souris vivantes. De plus, ils ont mené avec succès des observations accélérées du comportement cellulaire sur plusieurs heures, en suivant simultanément sept étiquettes distinctes.
« Ce qui est vraiment passionnant, c'est que nous avons pu détecter les 20 couleurs simultanément sans aucun décalage, à l'aide d'un appareil photo de smartphone standard », explique l'auteur principal Takeharu Nagai. « Cette innovation rend beaucoup plus facile et plus rentable la surveillance de plusieurs cibles ou le suivi de cellules individuelles au sein d'une population. »
Ces couleurs bioluminescentes nouvellement développées ont le potentiel de révolutionner le suivi du destin cellulaire, en offrant des informations sur la façon dont les cellules se développent en types de cellules spécifiques et en identifiant les cellules ayant des réponses uniques aux médicaments. La percée de l'équipe dans le domaine de l'imagerie bioluminescente ouvre de nouvelles portes aux progrès de la recherche biologique, de la découverte de médicaments et de la science médicale. Avec un « arc-en-ciel » si vif de couleurs bioluminescentes, qui sait quels trésors scientifiques nous attendent ?
