Chaque jour, des millions de processus biologiques se produisent dans notre corps au niveau cellulaire. L’étude de ces processus peut nous aider à en savoir plus sur le fonctionnement des cellules, un domaine qui continue d’intriguer les chercheurs. Récemment, cependant, il y a eu un nouveau joueur dans ce domaine. Une nouvelle méthode analytique – la détection d’une seule molécule – a pris de l’ampleur en raison de son succès dans l’observation de molécules spécifiques et biologiquement pertinentes et des processus qui leur sont associés.
Les scientifiques ont essayé des moyens d’utiliser des tests de détection de molécules uniques pour étudier les protéines et leurs modifications post-traductionnelles (PTM). Les PTM sont des changements enzymatiques observés après la synthèse des protéines, dans lesquels des groupes fonctionnels sont ajoutés aux acides aminés de la protéine, lui permettant de remplir une fonction spécifique. L’étude des PTM peut nous aider à comprendre la signalisation cellulaire et l’origine de plusieurs maladies. Cependant, les tests visant à le faire doivent être hautement sélectifs et spécifiques à cette protéine. Compte tenu du manque de sensibilité des techniques actuelles, il est difficile d’obtenir des mesures de PTM à molécule unique.
Récemment, des chercheurs du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ont trouvé un moyen « électrisant » de surmonter ces limitations. Dans leur récente percée, publiée dans le Journal de l’American Chemical Society, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur agrégé Tomoaki Nishino de Tokyo Tech a rapporté la détection d’une seule molécule de la phosphorylation dans les peptides ; de courtes chaînes d’acides aminés ; et la formation d’une jonction orthophosphate à l’aide de signatures électroniques. Le Dr Nishino explique : « Nous avons choisi la phosphorylation des peptides, un PTM archétypal et biologiquement pertinent, pour nos études de détection. L’objectif était de développer un outil capable de détecter la moindre altération de la structure chimique des acides aminés.
Dans un premier temps, l’équipe a étudié les propriétés électroniques des peptides phosphorylés en utilisant leur analogue inorganique, l’acide orthophosphorique (H3Bon de commande4). Ils ont préparé une solution de phosphate (PO43-) et l’a soumis à une technique de jonction de rupture (BJ) assistée par microscope à effet tunnel (STM). Lorsque le courant passait entre deux électrodes STM en or, un groupe orthophosphate comblait le nanogap entre les électrodes en formant une jonction stable en raison de l’interaction de ses atomes d’oxygène chargés négativement avec l’or. C’est cette jonction et sa signature qui ont conduit à d’autres expériences.
La jonction simple-orthophosphate s’est avérée posséder une conductance élevée de 0,4 G0 et des propriétés électroniques distinctes, ces dernières permettant à cette procédure d’être très spécifique et de détecter avec précision le PTM en question (c’est-à-dire la phosphorylation). Pour tester davantage leur technique, l’équipe a effectué sur place des tests de phosphorylation d’une seule molécule, où ils ont pu différencier les peptides phosphorylés et non phosphorylés avec une précision de 95 % et une spécificité de 91 %.
La méthode démontrée dans cette étude offre une perspective imprévue dans le monde des PTM dans les protéines. Cette nouvelle technique ouvrira également de nouvelles voies pour l’utilisation de la détection de molécules uniques de PTM dans le diagnostic clinique et les applications pharmaceutiques. « Il existe un lien étroit entre la phosphorylation des protéines et la pathogenèse d’un large éventail de maladies. Notre méthode permettra aux scientifiques de démêler la façon dont la phosphorylation régule les événements cellulaires qui conduisent à l’origine d’une maladie et ainsi aider au développement de traitements. conclut le Dr Nishino.
Détection de niveau moléculaire pour l’éradication de maladies à grande échelle !
