C’est un fait effrayant qu’une femme sur deux et un homme sur trois aux États-Unis développeront une forme de cancer au cours de leur vie. L’une des caractéristiques de nombreux cancers est la survenue d’erreurs au cours du processus de division cellulaire appelé mitose. Par conséquent, pour améliorer les traitements ou peut-être même trouver un remède contre le cancer et d’autres maladies, il est essentiel de développer une meilleure compréhension du fonctionnement de la mitose dans les cellules saines et malades.
Scott Forth, Ph.D. du Rensselaer Polytechnic Institute, professeur adjoint de sciences biologiques et membre du Shirley Ann Jackson, Ph.D. Centre de biotechnologie et d’études interdisciplinaires, a fait de la compréhension des tâches mécaniques complexes de la cellule, telles que celles nécessaires à la mitose, l’œuvre de sa vie. Récemment, il a reçu une subvention de 1,6 million de dollars sur cinq ans des National Institutes of Health pour poursuivre ses recherches.
Grâce à cette subvention, Forth explorera le code mécanique qui sous-tend l’assemblage et la fonction des réseaux cytosquelettiques générateurs de force, en utilisant la mitose comme processus biologique modèle. Une façon dont les cellules se préparent à se diviser en deux consiste à dupliquer leur contenu, y compris les chromosomes. Les cellules assemblent ensuite leurs réseaux cytosquelettiques pour produire des forces qui séparent physiquement les chromosomes dans chacune des deux nouvelles cellules. Les erreurs dans ce processus sont liées au cancer.
Bien que des décennies de recherche aient identifié la majorité des « parties » biologiques impliquées, nous ne comprenons toujours pas les règles mécaniques qui dictent comment toutes ces minuscules pièces individuelles fonctionnent ensemble en tant qu’ensembles pour atteindre des objectifs tels que la ségrégation fiable de l’ADN en deux nouvelles cellules filles. »
Scott Forth, Ph.D., professeur adjoint de sciences biologiques et membre du Shirley Ann Jackson, Ph.D. Centre de biotechnologie et d’études interdisciplinaires
Dans le cytosquelette se trouvent des réseaux de microtubules à l’échelle du micron qui ont besoin à la fois de protéines motrices et non motrices pour déplacer et organiser les filaments en unités mécaniques fonctionnelles appropriées qui produisent les forces nécessaires pour séparer les chromosomes. Pour mieux comprendre leur fonctionnement, Forth utilisera une variété de techniques telles que la reconstitution biochimique, la microscopie à fluorescence à molécule unique, le piégeage optique et l’imagerie des cellules vivantes. La reconstitution biochimique utilise des protéines purifiées pour imiter les processus intracellulaires à l’extérieur de la cellule, et le piégeage optique est une méthode pour mesurer les forces minuscules que les protéines peuvent générer. La microscopie à fluorescence sera utilisée en même temps pour observer les molécules individuelles répondre à ces forces, tandis que l’imagerie des cellules vivantes sera réalisée pour confirmer ces mesures biophysiques dans de vraies cellules en division.
Avec cette subvention, Forth espère acquérir trois nouvelles connaissances. Premièrement, son laboratoire déterminera les différences mécaniques et fonctionnelles entre les fibres de pontage en métaphase, lorsque les chromosomes sont d’abord correctement centrés dans la cellule, et le réseau de microtubules du fuseau central en anaphase, lorsque les chromosomes sont éloignés les uns des autres. Deuxièmement, il déterminera les mécanismes moléculaires qui régulent la façon dont les protéines associées aux microtubules (MAP) se regroupent pour former de nouveaux « blocs de construction » cellulaires et déchiffreront le rôle fonctionnel des grappes de MAP dans la régulation de l’organisation des microtubules. Troisièmement, son laboratoire déterminera comment des complexes de MAP motrices et non motrices régulent collectivement l’organisation des microtubules au cours des étapes ultérieures de la mitose pour aider à assurer une division appropriée des deux cellules.
« Les travaux du Dr Forth en physique cellulaire éclairent notre compréhension des maladies, telles que le cancer, qui surviennent lorsque les structures cellulaires échouent », a déclaré Curt Breneman, Ph.D., doyen de la Rensselaer’s School of Science. « Grâce à cette subvention, le Dr Forth obtiendra de nouvelles connaissances sur les mystères moléculaires qui pourraient ouvrir la voie au développement de nouveaux diagnostics et traitements. »
