Les protéines subissent généralement des modifications pendant ou après leur synthèse dans le réseau du réticulum endoplasmique (RE) et de l’appareil de Golgi à l’intérieur des cellules eucaryotes. Une de ces modifications est la glycosylation, par laquelle des sucres, tels que des glycanes, sont ajoutés aux protéines nouvellement synthétisées. Les glycanes permettent aux protéines de se replier correctement, ce qui les rend stables et biologiquement actives pour divers processus cellulaires. Cependant, le mécanisme exact de la glycosylation dans le RE et le Golgi n’est toujours pas connu. Une façon d’étudier le processus de glycosylation au cours de la synthèse des protéines consiste à fournir des protéines synthétiques à des organites cellulaires spécifiques et à observer leur dynamique subcellulaire. Mais cela est souvent entravé par le manque de méthodes de livraison spécifiques aux organites comme l’ER et Golgi.
À cette fin, le Dr Ayano Satoh de l’Université d’Okayama et le Dr Yuta Maki, Kazuki Kawata, le Dr Yanbo Liu, Kang-Ying Goo, le Dr Ryo Okamoto et le professeur Dr Yasuhiro Kajihara de l’Université d’Osaka, au Japon, ont étudié la faisabilité de modification de la toxine cholérique (CT) pour une livraison ciblée aux urgences et à l’appareil de Golgi. CT est une protéine produite par la bactérie Vibrio cholerae et est responsable des symptômes caractéristiques de la diarrhée ; selles molles et aqueuses répétées. La toxine est composée de deux sous-unités : le CTA, qui provoque la diarrhée, et le CTB, qui aide la toxine à pénétrer dans les cellules. CT pénètre dans la cellule à travers la membrane dans de petits véhicules cellulaires appelés endosomes qui le livrent aux corps de Golgi. À partir de là, une séquence d’acides aminés spécifique à l’ER de CTA emmène CT dans l’ER, où la toxine entre en action pour provoquer la diarrhée. « CT est une protéine qui est naturellement délivrée spécifiquement au Golgi et au RE. Cela en a fait un candidat attrayant pour notre enquête« , explique le Dr Satoh, expliquant la raison de la sélection de cette protéine pour leur étude, qui a été publiée pour la première fois le 23 mai 2022, dans Chimie – Une revue européenne.
L’équipe a synthétisé une forme artificielle glycosylée de la CTB non toxique et a suivi son parcours intracellulaire à l’aide du système de bioluminescence HiBiT conçu à partir de l’enzyme luciférase. Dans le système utilisé par l’équipe, le plus gros fragment de luciférase a été ajouté à des récepteurs particuliers sur le RE et l’appareil de Golgi. CTB a été étiqueté avec le plus petit fragment de luciférase. Le système fonctionne en émettant de la lumière lorsque les deux fragments se lient l’un à l’autre. Ainsi, l’équipe a suivi le mouvement du CTB artificiel à travers les organites en temps réel en vérifiant l’émittance de la lumière. Parlant des faits saillants de leur étude, le Dr Satoh déclare : « Nous avons conçu et synthétisé chimiquement le glycosyl-CTB et démontré son trafic dans le RE et le Golgi des cellules vivantes. Nous avons également établi une méthode pour surveiller quantitativement le trafic de CTB vers ces organites.«
La surveillance et la livraison réussies de la CTB artificielle pourraient ouvrir la voie à une nouvelle phase de recherche pour comprendre la modification des protéines dans les compartiments des cellules vivantes. L’équipe souligne que leur méthode de préparation du CTB permet de développer diverses formes mutantes de la protéine ainsi que du CTB portant différents glycanes à sa surface pour aider à étudier les fonctions du N-glycane dans les cellules.
Non seulement l’étude des glycanes, mais l’administration médiée par la CTB peut également être un outil prometteur pour l’administration de médicaments spécifiques à une cible dans les cellules et les organites. Le Dr Satoh observe, « Notre système de ciblage d’organites spécifiques peut aider à traiter des maladies causées par l’absence d’enzymes localisées dans des organites spécifiques. »
Quelle est sa vision du futur ? « Les techniques actuelles d’administration de médicaments sont limitées car elles ne ciblent que la surface cellulaire. Notre système peut repousser les limites de la technologie actuelle et permettre l’administration de médicaments là où c’est nécessaire », dit un Dr Satoh plein d’espoir.
Nous croisons les doigts pour que sa vision se réalise et révolutionne le domaine de la médecine !
