Un groupe de recherche à l'Université d'Umeå a développé de nouveaux outils avancés contrôlés par la lumière qui permettent un contrôle précis des protéines en temps réel dans les cellules vivantes. Cette recherche révolutionnaire ouvre des portes à de nouvelles méthodes pour étudier les processus complexes dans les cellules et pourrait ouvrir la voie à des progrès significatifs en médecine et en biologie synthétique.
Les processus cellulaires sont complexes et changent constamment en fonction du moment et de l'endroit où ils se produisent dans la cellule. Notre nouvel outil chimique avec des interrupteurs d'éclairage facilitera le contrôle des processus dans la cellule et étudiera le fonctionnement des cellules en temps réel. Nous pouvons également déterminer où nous faisons une telle régulation avec une résolution des micromètres dans une cellule ou un tissu. «
Yaowen Wu, professeur, Département de chimie, Université Umeå
La chorégraphie complexe de ce qui se passe dans une cellule est basée sur la distribution et l'interaction précises des protéines au fil du temps et de l'espace. Le contrôle de la fonction des protéines ou des gènes est une pierre angulaire de la recherche biologique moderne. Cependant, les techniques génétiques traditionnelles telles que CRISPR-CAS9 fonctionnent souvent sur une échelle de temps plus longue, ce qui risque d'adapter les cellules. De plus, les techniques n'ont pas la précision spatiale et temporelle nécessaire pour étudier les processus cellulaires très dynamiques.
Pour relever ces défis, les systèmes dits chimio-optogénétiques sont devenus des outils puissants. Ces systèmes combinent des molécules chimiques, de l'optique et des protéines génétiquement modifiées pour contrôler avec précision les activités des protéines à des endroits spécifiques des cellules utilisant de petites molécules légères. Le laboratoire du professeur Yaowen Wu est à la pointe du développement de systèmes chimio-optogénétiques.
Auparavant, le laboratoire de Yaowen Wu a introduit des systèmes basés sur un type de colle moléculaire. Ceux-ci fonctionnent en rapprochant deux protéines pour modifier la localisation ou l'activité d'une protéine. Les colles moléculaires sont activées ou désactivées par la lumière en éliminant ou en clivant un groupe sensible à la lumière. Bien que ces outils représentent des avancées importantes, elles avaient des limites dans leur utilisation et une stabilité photo et chimique insuffisante.
Dans deux nouvelles publications sélectionnées comme papiers chauds Dans la revue Angewandte Chemie International Edition and Chemistry – A European Journal, les chercheurs du laboratoire WU ont développé des outils chimio-optogénétiques de nouvelle génération basés sur des coles moléculaires photosoniques. Ceux-ci s'améliorent sur les systèmes précédents et surmontent les limites. Grâce à la conception moléculaire modifiée, ces colles moléculaires peuvent être activées « ou » off « comme un interrupteur d'éclairage en utilisant la lumière de longueurs d'onde spécifiques, permettant de multiples cycles d'activation où les deux états différents favorisent ou inhibent la fonction protéique.
« La nouvelle conception modulaire permet une énorme polyvalence du système avec des propriétés adaptables et plus de stabilité », explique Jun Zhang, scientifique du personnel du Département de chimie de l'Université Umeå.
« Dans nos expériences, nous avons pu démontrer un contrôle précis sur plusieurs processus dans la cellule, notamment la fonction des protéines et la localisation, le positionnement des organiles et les niveaux de protéines », explique Laura Herzog, boursière postdoctorale au Département de chimie de l'Université Umeå.
