« Je suis un chercheur professionnel d’épingles dans une botte de foin », répond le généticien Thijn Brummelkamp lorsqu’on lui demande pourquoi il excelle dans la recherche de protéines et de gènes que d’autres personnes n’ont pas trouvés, malgré le fait que certains ont réussi à rester insaisissables pendant aussi longtemps. longtemps que quarante ans. Son groupe de recherche à l’Institut néerlandais du cancer a une fois de plus réussi à retrouver l’un de ces « gènes mystérieux » – le gène qui assure la création de la forme finale de la protéine actine, un composant principal de notre squelette cellulaire. Ces conclusions ont été publiées aujourd’hui dans La science.
Les biologistes cellulaires s’intéressent beaucoup à l’actine, car l’actine – une protéine dont nous produisons plus de 100 kilogrammes au cours de notre vie – est un composant principal du squelette cellulaire et l’une des molécules les plus abondantes dans une cellule. De grandes quantités peuvent être trouvées dans chaque type de cellule et il a de nombreuses fonctions : il donne forme à la cellule et la rend plus ferme, il joue un rôle important dans la division cellulaire, il peut propulser les cellules vers l’avant et donne de la force à nos muscles. Les personnes ayant des protéines d’actine défectueuses souffrent souvent de maladies musculaires. On sait beaucoup de choses sur la fonction de l’actine, mais comment la forme finale de cette importante protéine est fabriquée et quel gène se cache derrière ? « Nous ne savions pas », dit Brummelkamp, dont la mission est de découvrir la fonction de nos gènes.
Sommaire
Génétique dans les cellules humaines haploïdes
Brummelkamp a développé un certain nombre de méthodes uniques à cette fin au cours de sa carrière, ce qui lui a permis d’être le premier à inactiver des gènes à grande échelle pour ses recherches en génétique sur les cellules humaines il y a vingt ans. « Vous ne pouvez pas croiser des gens comme les mouches des fruits et voir ce qui se passe. » Depuis 2009, Brummelkamp et son équipe utilisent des cellules haploïdes – des cellules contenant une seule copie de chaque gène au lieu de deux (une de votre père et une de votre mère). Bien que cette combinaison de deux gènes soit à la base de toute notre existence, elle crée également un bruit indésirable lors de la réalisation d’une expérience génétique car les mutations se produisent généralement dans une seule version d’un gène (celle de votre père, par exemple) et pas dans l’autre.
Méthode polyvalente pour la génétique dans les cellules humaines
En collaboration avec d’autres chercheurs, Brummelkamp utilise cette méthode polyvalente pour trouver les causes génétiques de conditions particulières. Il a déjà montré comment le virus Ebola et un certain nombre d’autres virus, ainsi que certaines formes de chimiothérapie, parviennent à pénétrer dans une cellule. Il a également étudié pourquoi les cellules cancéreuses résistent à certains types de thérapie et a découvert une protéine présente dans les cellules cancéreuses qui agit comme un frein sur le système immunitaire. Cette fois, il est parti à la recherche d’un gène qui fait mûrir l’actine – et par conséquent, le squelette de la cellule.
A la recherche de ciseaux
Avant qu’une protéine ne soit complètement « finie » – ou mature, comme le décrivent les chercheurs dans Science – et puisse remplir pleinement sa fonction dans la cellule, elle doit généralement d’abord être débarrassée d’un acide aminé spécifique. Cet acide aminé est ensuite coupé d’une protéine par une paire de ciseaux moléculaires. C’est aussi ce qui se passe avec l’actine. On savait de quel côté de l’actine l’acide aminé pertinent est coupé. Cependant, personne n’a réussi à trouver l’enzyme qui agit comme des ciseaux dans ce processus.
Peter Haahr, postdoc dans le groupe de Brummelkamp, a travaillé sur l’expérience suivante : il a d’abord provoqué des mutations aléatoires (erreurs) dans des cellules haploïdes aléatoires. Ensuite, il a sélectionné les cellules contenant l’actine immature en ajoutant un anticorps marqué par fluorescence à ses cellules qui correspondent à l’endroit exact où l’acide aminé est coupé. Dans une troisième et dernière étape, il a étudié quel gène muté après ce processus.
Ils l’ont appelé ‘ACTMAP’
Puis vint le moment « eurêka » : Haahr avait tracé les ciseaux moléculaires qui coupaient l’acide aminé essentiel de l’actine. Ces ciseaux se sont avérés être contrôlés par un gène avec une fonction jusqu’alors inconnue ; un avec lequel aucun chercheur n’avait jamais travaillé. Cela signifie que les chercheurs ont pu nommer eux-mêmes le gène et ont opté pour ACTMAP (ACTin MAturation Protease).
Pour tester si un manque d’ACTMAP entraîne des problèmes chez les êtres vivants, ils ont désactivé le gène chez la souris. Ils ont observé que l’actine dans le squelette cellulaire de ces souris restait inachevée, comme prévu. Ils ont été surpris de constater que les souris restaient en vie, mais souffraient de faiblesse musculaire. Les chercheurs ont mené cette recherche avec des scientifiques de la VU Amsterdam.
Plus de ciseaux trouvés dans le squelette de la cellule
ACTMAP n’est pas le premier gène mystérieux découvert par Brummelkamp qui joue un rôle dans la fonction de notre squelette cellulaire. En utilisant la même méthode, son groupe a pu détecter ces dernières années trois ciseaux moléculaires inconnus qui coupent un acide aminé de la tubuline, l’autre composant principal du squelette cellulaire. Ces ciseaux permettent à la tubuline de remplir correctement ses fonctions dynamiques à l’intérieur de la cellule. Les derniers ciseaux (MATCAP) ont été découverts et décrits en La science cette année. Grâce à ces travaux antérieurs sur le squelette cellulaire, Brummelkamp a réussi à arriver à l’actine.
Mission : cartographier les 23 000 gènes
Malheureusement, notre nouvelle découverte sur l’actine ne nous dit pas comment guérir certaines conditions musculaires. Mais nous avons fourni de nouvelles connaissances fondamentales sur le squelette cellulaire qui pourraient être utiles à d’autres plus tard. »
Thijn Brummelkamp, Généticien
De plus, Brummelkamp, dont la mission est de pouvoir un jour cartographier la fonction de l’ensemble de nos 23 000 gènes, peut cocher un autre nouveau gène sur sa liste gigantesque. Après tout, nous ne savons pas ce que font la moitié de nos gènes, ce qui signifie que nous ne pouvons pas intervenir en cas de problème.
