La sérine sert de lien métabolique dans les tumeurs, coordonnant le métabolisme à un carbone, la synthèse des nucléotides et la régulation redox. Ces dernières années, le ciblage de la voie métabolique de la sérine, en particulier l'enzyme limitant le PHGDH, a attiré une attention considérable en tant que stratégie anticancéreuse prometteuse. Néanmoins, les cellules tumorales préservent l'homéostasie de la sérine par la régulation coordonnée de la synthèse endogène et de l'absorption exogène, ce qui limite souvent l'efficacité des approches d'inhibition à enzyme unique. Notamment, la fonction des transporteurs de sérine (serts) est intimement liée à leur organisation spatiale à l'échelle nanométrique sur la membrane plasmique. Cependant, en raison de l'absence de sondes très spécifiques et des techniques d'imagerie ultra-résolution,
Les mécanismes qui sous-tendent leur assemblage et leur pertinence fonctionnelle restent largement inexplorés.
Des chercheurs de l'Université des sciences et de la technologie de Wuhan et du Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences ont publié conjointement un article de recherche intitulé « Aperçu mécaniste de la régulation du flux de sérine par l'organisation à l'échelle nanométrique du glucose et des transporteurs de sérine par l'imagerie Dstorm basée sur des sondes de substrat. » » L'étude a développé une sonde fluorescente à base de substrat à petite molécule (SER-BRBE) dérivée de la structure de la sérine. Cette sonde chimique présente non seulement une spécificité de liaison élevée et un rapport de liaison un à un avec des transporteurs de sérine (serts), mais possède également une taille moléculaire extrêmement petite. Par rapport aux sondes biologiques traditionnelles telles que les anticorps, il offre des avantages significatifs en termes de compacité, permettant un marquage très efficace de protéines cibles densément distribuées sur la surface cellulaire. Tirant parti des performances de marquage supérieures de cette sonde combinées à la microscopie à reconstruction optique stochastique directe (DSTorm), les chercheurs ont obtenu une imagerie super-résolution et une analyse quantitative de plusieurs transporteurs de sérine (serts). Les travaux ont systématiquement révélé le comportement de regroupement à l'échelle nanométrique et les mécanismes de régulation des serts dans les cellules cancéreuses du sein.
Grâce à une modification chimique précise de la molécule de sérine, l'équipe de recherche a préservé sa fraction de liaison au transporteur et l'a conjuguée avec un fluorophore, synthétisant ainsi avec succès SER-BRBE. Cette sonde présente une affinité et une spécificité élevées. L'expérience compétitive a démontré que sa liaison peut être complètement inhibée par la sérine libre, ce qui confirme sa capacité à étiqueter spécifiquement des serts dans des conditions physiologiques. Le développement de cette sonde fournit un nouvel outil pour l'imagerie super-résolution des transporteurs membranaires.
En utilisant l'imagerie DStorm, il a été observé que des cellules épithéliales mammaires normales (MCF10A) aux cellules MCF7 à faible maligne et aux cellules MDA-MB-231 très malignes, la densité ponctuelle sur la membrane cellulaire, la zone de grappe moyenne et la couverture des grappes des serts ont augmenté de manière significative. Dans les cellules MDA-MB-231, la zone de grappe moyenne des serts a atteint deux fois celle des cellules MCF10A, et la couverture de l'amas a augmenté de 4,6 fois. De plus, l'analyse de la cytométrie en flux a révélé que les cellules avec un regroupement SERT plus fort présentaient une capacité d'absorption plus élevée de la sérine marquée par fluorescence, indiquant une corrélation positive entre la tendance du regroupement de ces transporteurs et leur fonction de transport.
En utilisant l'imagerie DSTorm double couleur, l'étude a révélé une colocalisation significative de serts avec des transporteurs de glucose (GLUT) sur la membrane plasmique, qui a été particulièrement prononcée dans les cellules MCF7 avec une expression élevée de PHGDH. La couverture de colocalisation a atteint 4,23%, nettement supérieure aux 1,41% observées dans les cellules MDA-MB-231. Ces résultats suggèrent que les cellules avec une forte capacité de synthèse de la sérine endogène sont plus préfères à former des microdomaines fonctionnels SERT / GLUT, régulant ainsi de manière coordonnée l'absorption du glucose et le métabolisme de la sérine.
La déplétion du cholestérol (traitement MβCD) ou la digestion de la glycosidase (traitement PNGase F) a significativement perturbé l'assemblage et la colocalisation en grappes des serts et des glan, indiquant que les microdomaines des radeaux lipidiques et les réseaux de liaison à la glycoprotéine constituent la base physique pour maintenir la stabilité de ces nanocluster de transporteur. Cette découverte fournit des cibles potentielles pour l'intervention de l'assemblage des protéines membranaires.
La privation de glucose a considérablement affaibli la capacité de clustering des glots, réduisant la couverture de colocalisation SERT / OMT de 4,23% à 0,71%. L'inhibiteur de PHGDH CBR-5884 a induit un regroupement amélioré à de faibles concentrations, tandis qu'à des concentrations élevées, ses effets cytotoxiques ont conduit à un démontage de la cluster. Les interventions combinées (inhibiteur en combinaison avec un faible glucose ou de l'acide sialique libre) ont perturbé en synergie les structures de grappes protéiques et amélioré de manière significative l'effet anticancéreux. La viabilité cellulaire est passée de 92,55% sous traitement unique à 87,71% avec un inhibiteur en combinaison avec un faible glucose, ou 78,84% avec un inhibiteur en combinaison avec de l'acide sialique libre.
Cette étude est la première à révéler un lien direct entre l'organisation spatiale des serts et leur fonction à l'échelle nanométrique. Il brise le paradigme conventionnel de la recherche métabolique, qui a été largement limité à l'activité enzymatique et aux niveaux d'expression des protéines clés, et offre une nouvelle perspective pour étudier le rôle des transporteurs de nutriments dans la régulation du métabolisme tumoral.
Développé la sonde de substrat applicable à l'imagerie super-résolution des serts;
A révélé l'axe régulateur de « Réponse de la distribution de la distribution des nanoclustes du transporteur-médicament »;
Établi un modèle du rôle synergique du radeau lipidique et de la glycosylation dans l'assemblage des protéines membranaires.
Le schéma de clustering des serts peut servir de biomarqueur de l'état métabolique tumoral;
Le ciblage combiné des enzymes métaboliques et de l'assemblage des transporteurs (par exemple, inhibiteurs de PHGDH avec de l'acide sialique) peut améliorer l'efficacité thérapeutique;
Fournit une nouvelle stratégie pour développer des thérapies visant à réguler l'organisation spatiale des protéines membranaires.
